直接數字合成（DDS）是頻率合成器采用的一種方法，用于從單個固定頻率的參考時鐘創建任意波形。DDS被用于信號生成、通信系統中的本地振蕩器、函數發生器、混頻器、調制器、聲音合成器等應用，并作為數字鎖相環的一部分。

一個基本的直接數字合成器包括一個頻率基準（通常是晶體或聲表面波振蕩器），一個數字控制振蕩器（NCO）和一個數模轉換器（DAC），如圖1所示。參考振蕩器為系統提供一個穩定的時基，并決定了DDS的頻率精度。它為NCO提供時鐘，NCO在其輸出端產生所需輸出波形的離散時間、量化版本（通常為正弦波），其周期由頻率控制寄存器中的數字字控制。采樣的數字波形被DAC轉換為模擬波形。輸出重建濾波器拒絕模擬轉換過程中固有的零階保持所產生的頻譜復制。

DDS比它的模擬對應物鎖相環（PLL）有許多優點，包括更好的頻率靈活性，改進的相位噪聲，以及在頻率切換過渡期對輸出相位的精確控制。缺點包括主要由NCO的截斷效應引起的假響應，由高階（>1）Nyquist圖像引起的交叉尖刺，以及主要由數模轉換器引起的大頻率偏移時的較高本底噪聲。因為DDS是一個采樣系統，除了在輸出頻率Fout的理想波形外，還產生了奈奎斯特圖像（主要圖像在Fclk-Fout，其中Fclk是參考時鐘頻率）。為了拒絕這些不想要的圖像，DDS通常與模擬重建低通濾波器一起使用，如圖1所示。

DDS的輸出頻率由存儲在頻率控制寄存器（FCR）中的值決定（見圖1），它反過來控制NCO的相位累加器步長。由于NCO工作在離散時間域，它在與FCR中存儲的數值變化相吻合的時鐘邊緣瞬間改變頻率。DDS輸出頻率的穩定時間主要由重建濾波器的相位響應決定。一個理想的具有線性相位響應的重建濾波器（意味著輸出只是輸入信號的延遲版本）將允許在其輸出上有瞬時的頻率響應，因為線性系統不能產生不存在于其輸入的頻率。相位噪聲和抖動DDS優越的近距離相位噪聲性能源于它是一個前饋系統的事實。在傳統的鎖相環(PLL)中，反饋路徑中的分頻器作用于參考振蕩器的相位噪聲，并在PLL環路帶寬內，將這種多余的噪聲加到VCO輸出上。

另一方面，DDS減少了參考時鐘的相位噪聲，其比率為{displaystylef_{clk}/f_{o}}因為它的輸出是通過時鐘的小數點分割得到的。因為它的輸出是通過對時鐘進行小數點劃分而得到的。參考時鐘抖動直接轉化為輸出，但這種抖動在輸出周期中的百分比較小（按上述比例）。由于xxx輸出頻率被限制為{displaystylef_{clk}/2}，因此在近距離偏移時的輸出相位噪聲總是至少比參考時鐘相位噪聲低6dB。在近距離偏移時，輸出相位噪聲總是低于參考時鐘相位噪聲至少6dB。在遠離載波的偏移處，DDS的相位噪聲本底是由DAC量化噪聲本底和參考時鐘相位噪聲本底的功率之和決定。