深度解析DDS模式：与传统AWG相比有何优势与局限？

​在深入探讨新型DDS（Direct Digital Synthesis，直接数字合成） 模式的各项特性之前，我们先回顾德思特 Spectrum 信号发生器设备传统上运行的任意波形发生器 (AWG)模式。

01 传统AWG模式

在传统 AWG 模式下，用户需预先计算所需输出波形的每一个样本点，并将其上传至 AWG 的板载内存。随后，根据所选子模式（如标准重放、FIFO 或序列模式），这些数据可被一次性播放、循环播放或以连续流方式输出。理论上可生成任意类型的波形，灵活性极高，适用于多种复杂应用场景。

★内存与采样率需求

为支持高采样率下的长序列波形存储，AWG 需配备大容量板载内存。例如：M5i.63系列 AWG 卡

最大采样频率：10 Gs/s

最大板载内存：8GS

以10GS/s采样率可存储超过800ms的超高速波形数据

★高速数据传输支持

所有德思特 Spectrum AWG 卡均配备高速 PCIe 接口，可实现每秒数十亿字节的数据传输，确保连续波形流的稳定供给。

为减轻 CPU 计算压力，系统还支持SCAPP 选项，可利用NVIDIA CUDA GPU 加速器实现高效数据处理。

★工作模式详解

在流式 FIFO 模式下，板上内存用作输入数据的 FIFO 缓冲区。这可以补偿用户应用程序暂时停滞导致的事件，从而使流式传输非常可靠。然而，缓冲区也会引入延迟，这在某些应用中可能不利，例如闭环反馈系统和通用控制系统。

为了更快地响应并减少数据传输，AWG 具有序列模式，其中可以以可配置的顺序循环不同的预存储序列，并且可以根据外部触发输入触发序列之间的切换。

然而，序列模式仍然使用一个小型 FIFO 缓冲区。因此，如果在外部输入上触发序列更改，则 FIFO缓冲区中的旧数据仍然需要传输到输出，并且由于 FIFO 缓冲区中旧数据的数量变化，它也可能导致特定模式和使用案例的动态行为中存在不确定性。

02 DDS模式

当应用仅需生成正弦信号时，可启用全新的DDS 模式。该模式利用 FPGA 硬件直接在卡上实时生成连续正弦波，用户只需设置频率、幅度和初始相位即可。

★什么是DDS？

示例 1：如果您只想生成一个 100 MHz 和 90% 幅度（DAC 满量程范围的）连续正弦波，则只需使用 DDS 模式向卡发送 3 个特定命令：

★DDS 模式有哪些优势？

✓ 计算任务下放至硬件

波形样本生成由 AWG 卡上的 FPGA 实时完成，大幅降低主机 CPU 负担。

✓ 极低的数据传输量

仅需发送“参数变更”指令（如频率跳变），无需传输完整波形数据，显著减少通信开销。

✓ 低延迟与高响应性

由于无需填充大型 FIFO 缓冲区，响应延迟更小，特别适合：

闭环反馈系统

实时控制系统

快速跳频应用

✓ 确定性响应与相位连续性

外部触发事件可实现确定性延迟响应

保证信号在跳变时相位连续，避免突变引起的干扰

✓ 编程简化

提供高级命令接口（如 set_frequency()、set_amplitude()），无需手动计算波形样本

降低开发复杂度，减少出错概率

DDS 模式有哪些劣势？

❌ 仅适用于周期性正弦信号

虽可近似其他波形（如方波、三角波），但精度有限

建议：若需复杂非正弦波形，仍应使用传统 AWG 模式

❌ 触发抖动较高

在 1.25 GS/s 采样率下：

DDS 模式：触发到输出抖动 ≈ 6.6 ns

标准重放模式：抖动 ≈ 800 ps（即 0.8 ns，仅一个样本周期）

因此，DDS 的触发抖动约为标准模式的 8 倍。对于对触发时序精度要求极高的应用（如精密测量、同步系统），需权衡 DDS 的便利性与抖动性能。

★总结

若需高精度、复杂波形→ 选用 AWG 模式

若需高效、连续正弦信号与快速动态响应→ 推荐使用 DDS 模式

特性	AWG 模式	DDS 模式
波形灵活性	任意波形	主要正弦
数据传输量	高 传输完整波形	低 仅参数变更
延迟	较高 受 FIFO 影响	低 小缓冲 快速响应
实时性	一般	优秀
触发抖动	极低 ~0.8ns	较高 ~6.6 ns

编程复杂度	高 需计算样本	低 高级命令接口
适用场景	复杂波形 精密触发	连续正弦 反馈控制

本期我们探讨了传统的任意波形发生器（AWG）模式，介绍了直接数字频率合成（DDS）模式，并对两者进行了比较分析。

下期我们将深入解析DDS模式，重点聚焦多音信号的生成原理与应用以及如何灵活调整DDS的关键设置参数。敬请期待，干货满满！

​审核编辑 黄宇