德思特干货 | 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。

一、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。

1.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：8 GS

• • 以10GS/s采样率可存储超过800ms的超高速波形数据

2.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。

3.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。

二、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。

1.什么是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：

2.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

3.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。

三、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