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基于DDS的波形发生器设计

时间:2015-06-02 10:08:44  来源:  作者:
0 引 言
随着信息技术的发展及测试对象不断丰富,现代电子系统对波形发生器也提出了更高的要求。传统的模拟信号发生器已经不能满足客观要求,急需能产生用户定义波形的仪器。伴随电子测量技术与计算机技术的紧密结合,一种新的信号发生器——任意波形发生器应运而生,它可产生由用户定义的任意复杂的波形,因而具有广阔的应用发展前景。目前设计波形发生器的方法通常有三种:
(1)传统的直电感器厂家接频率合成技术(DS)。该类方法能实现快速频率变换,具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致其结构复杂、体积庞大、成本昂贵,而且容易产生过多杂散分量。
(2)锁相环式频率合成器(PLL)。该类技术具有良好窄带跟踪特性,可选择所需频率信号,抑制杂散分量,且省去大量滤波器,有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是个惰性环节,锁定时间较长,因而频率转换时间较长,且由模拟方法合成的正弦波的参数(如幅度、频率和相位等)都难以定量控制。
(3)直接数字式频率合成器(Direct Digital Fre-quency,DDS)。该类方法具有高频插件电感器率稳定度、高频率分辨率以及极短的频率转换时间。此外,全数字化结构便于集成,输出相位连续,频率、相位和幅度均可实现程控,而且理论上能够实现任意波形。

1 DDS基本原理和特点
1.1 DDS基本原理

直接频率合成技术实际上是通过将存储的波形数据,通过特定算法,经过高速D/A转换器转换成所需要模拟信号的数字合成技术。其基本原理框图如图1所示。

由图1可见,其主要由标准参考频率源、相位累加器、波形存储器、数/模转换器等部分组成。其中,参考频率源一般是一个高稳定的晶体振荡器,其输出信号用于DDS中各模压电感器部件同步工作。当频率合成器正常工作时,在标准频率参考源的控制下(频率控制字K决定了其相位增量),相位累加器则不断地对该相位增量进行线性累加,当相位累加器积满量时就会产生一次溢出,从而完成一个周期性的动作,即合成信号的一个频率周期。累加器的输出地址对波形ROM进行寻址,从而把存储在相位累加器中的抽样值转化成对应的正弦波幅度序列。通过高速D/A变换把数字量变成模拟量,经过低通滤波器进一步平滑并滤掉带外杂散,得到所需的波形。
1.2 DDS实现的正弦信号分析
理想DDS的输出频谱就是指不存在相位舍入误差、幅度量化误差和DAC误差时,系统输出的频谱。这时,整个DDS系统就相当于理想的采样保持电路。其输出信号的频谱结构是以Sa(·)函数为包络的一组离散谱线,如图2(所选fc=200 MHz,fo=40 MHz)所示,只在f=nfc±fO=(n±K/2N)fc处存在离散谱线。

2 系统设计
DDS芯片的选择对于方案性能十分关smd电感器键,除了要考虑其输出带宽外,还要从整个系统的角度出发进行选择。AD公司的芯片一般都具有集成DAC和时钟可倍频的特点。内部集成DAC的方案可以使得整个系统的设计变得极为简便,而且也有很好的性能;可利用时钟可倍频的特点,以降低对晶振的要求。在本方案中,采用AD9854作为DDS的核心芯片,应用AD公司的数字处理器ADSP21065作为主处理器,主要实现对AD9854的控制和置数。
2.1 DDS芯片——AD9854
AD9854数字合成器是AD公司的一款高度集成的DDS器件,其内部集成了双48位频率累加器,双48位相位累加器,正余弦波形表,双12位正交数模转换器,双12位数字倍增器,可编程的基准时钟倍增器以及调制和控制电路,能够在单片机上实现频率调制、相位调制,可编程的幅度调制以及I,Q两路正交调制等多种功能。当AD9854作为一个精确的时钟源时,它能产生高稳定度,频率一相位一幅度均可编程的正弦和余弦输出。其主要特点有:
工作频率高 其工作频率高达300 MHz,其电路结构允许产生频率达到150 MHz的同时正交输出信号。相位截断到17位保证了优良的无杂散信号动态范围(SFDR)。
频率分辨率高 其创新的高速DDS核提供了48位的频率分辨率(当SYSCLK为300 MHz时有1μHz共模电感器的调节分辨率)。1

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