手把手教会在 FPGA 中的 DDS 调制：从代码看懂 AM 与 FM 的核心思想

大家好，很多FPGA初学者在学习DDS（直接数字频率合成）时，往往觉得“调制”是一个很复杂的概念。其实，它的核心思想非常朴素：让一个参数随着另一个参数的变化而变化。

1. DDS调制的基础：调制信号从哪来？

在开始调制之前，我们首先需要一个“调制信号”。这个信号可以是正弦波、三角波或方波。在代码中，我们通过一个相位累加器和一个波形ROM来生成它。

• 相位累加器：mod_phase <= mod_phase + mod_f_word; 它像一个不停奔跑的计时器，累加的速度由 mod_f_word（频率控制字）决定。

• 波形查找表：我们通过截取 mod_phase 的高位作为地址，去ROM（bram_sin）里查找对应的幅度值，从而还原出正弦波。同理，三角波和方波则是通过组合逻辑直接对相位进行映射得到的。

核心思想： 调制信号 = f(相位累加器)。我们拥有了一个频率可调、波形可选的基础信号源。

2. AM调幅：让“大小”动起来

AM（调幅）的直观理解就是让载波的幅度随着调制信号的幅度变化而变化。收音机里的AM广播就是这个原理。

在代码中，这个过程分四步走：

1. 调制信号变“有符号”：因为幅度要能增大也能减小，所以我们将原本0-1023的调制信号转换为以0为中心的 -512 到 +511 的有符号数 (mod_signals)。

2. 乘以深度：wave <= mod_signals * am_depth; 这一步决定了调制的影响有多大。am_depth 就是调制深度。

3. 生成包络：modul_wave 是对乘法结果的处理，它代表了我们最终要叠加在载波上的“包络形状”。

4. 乘以载波：modul_out <= modul_wave * carrier_signed; 这是最核心的一步：用调制包络去乘载波信号。当调制信号为正时，载波幅度变大；为负时，载波幅度变小。

核心思想： AM = 载波 × (1 + 调制信号)。在数字域，本质上就是两个数的乘法。

3. FM调频：让“快慢”动起来

FM（调频）的直观理解是让载波的频率随着调制信号的幅度变化而变化。声音大时频率高，声音小时频率低。

这段代码处理FM的方式非常巧妙，它并没有直接去改载波的频率，而是输出了一个频率偏移量 (fm_offset) 给上级模块。

1. 同样转为有符号：这里复用了之前的 mod_signals。

2. 乘以频偏：fm_mult <= mod_signals * fm_dev; fm_dev 决定了频率能偏离中心值多远。

3. 归一化处理：fm_offset_calc = fm_mult[40:9]; 除以512是为了调整数据的量级，使其能正确累加到载波DDS的相位累加器上。

解释一下：上级模块通常有一个产生载波的DDS。当FM使能时，它不再是单纯累加固定的载波频率控制字，而是累加 固定值 + fm_offset。调制信号越大，fm_offset 越大，相位累加器跑得越快，输出的载波频率就越高。

核心思想： FM = 载波频率 + 调制信号 × 频偏系数。在数字域，就是用调制信号去动态调整DDS的“步长”。