趙杰英，王浩全

(中北大學 電子測試技術國家重點實驗室，山西 太原 030051)

隨著科學技術的發(fā)展和測量技術的進步，普通的信號發(fā)生器已無法滿足目前日益發(fā)展的電子技術領域的生產調試需要。而DDS 技術是一種新興的直接數字頻率合成技術，具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、切換相位連續(xù)、輸出信號相位噪聲低、可編程、全數字化易于集成、體積小、重量輕等優(yōu)點，因而在雷達及通信等領域具有廣泛的應用前景［1］。

1 DDS 的工作原理

AD9850 主要由DDS 系統(tǒng)、高性能模數轉換器(DAC)和高速比較器三部分構成，能實現全數字編程控制的頻率合成。允許工作的最高時鐘為125 MHz，其原理框圖如圖1 所示。

圖1 AD9850 原理框圖

圖1 是AD9850 的基本原理圖，它有40 位控制字，其中有32 位的頻率控制字和5 位相位控制字，分別用來控制DDS 產生的正弦波的頻率和相位。其40 位控制字功能描述表如表1 所示［2］。

表1 AD9850 控制字功能描述表

正弦波信號輸出頻率(fout)、參考時鐘頻率(fCLKIN)和頻率控制字(M)之間的轉換公式為:

AD9850 在接上精密時鐘源和寫入頻率相位控制字之后就可產生一個頻率和相位都可編程控制的模擬正弦波輸出，此正弦波可直接用作頻率信號源或經內部的高速比較器轉換為方波輸出。在125 MHz 的時鐘下，32 位的頻率控制字可使AD9850 的出頻率分辨率達0.0291 Hz;并具有5 位相位控制位，而且允許相位按增量180°、90°、45°、22.5°、11.25°或這些值的組合進行調整。

2 系統(tǒng)構成

本文采用了AT89S52 型單片機作為核心控制器件，將模擬電源和數字電源分開，分別對數字部分AD9850 和模擬部分AD830 供電。單片機對兩片AD9850 分時控制，使用數控方式對AD9850 寫入相位控制字和頻率控制字，使之輸出所需要的相位和頻率。再將輸出的兩路互補電流信號轉換成電壓信號輸入到差動放大芯片AD830 中，不僅可以去噪使波形分辨率更高，而且，可以對輸出波形的幅值進行調節(jié)，使之更方便應用。系統(tǒng)組成框圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)組成框圖

2.1 DDS 信號產生電路

單片機通過控制芯片上的W_CLK(word load clock)來實現對兩片AD9850 分時控制，在實現方法上既可以通過跳線方式將兩片AD9850 的W_CLK 分別接到單片機I/O 口控制，也可以利用總線方式控制。對于其中一片DDS 而言，可以通過軟件編程使其實現掃頻、跳頻等功能，也可以通過按鍵、串口等外圍控制來對輸出波形頻率實現控制［3－5］。對于兩片AD9850 同時使用，我們主要是要得到兩個頻率相同，但存在一個穩(wěn)定的相位差的信號源，能夠很好地運用到以后的工程當中［6］。用單片機來實現，這并不是很難，只需要在單片機程序中寫入兩片DDS 芯片中的關鍵字中相位控制字不同，頻率控制字相同即可達到這樣的效果。電路原理圖如圖3 所示。

當RESET 所接電阻為3.9 kΩ 時，AD9850 最大只能輸出10 mA 的電流信號，在實際應用中顯然受到限制，轉換成電壓信號輸出并且幅值可調可以在工程中應用更加廣泛。電路中R2、R3、R13、R14 就是下拉一電阻接地使電流信號轉換成電壓信號。

圖3 DDS 信號產生電路原理圖

2.2 幅度調節(jié)電路

實驗中選用了差動放大芯片AD830，它的共模電壓范圍很寬，－12 V～+12.8 V，85 MHz 的單位增益帶寬，而且它的最大放大倍數可能達到100。AD9850 與AD830 的連接圖如圖4 所示。

由于AD9850 輸出的是電流信號，而AD830 輸入的是電壓信號，所以AD9850 輸出需要連接一個電阻接地，使之變成電壓信號，本圖中選用的是100 Ω 的電阻，這樣輸出為幅值為1 V 的電壓信號。同時，AD9850 還輸出一個互補信號，將輸出信號和輸出互補信號連接到AD830 的X1 和X2 端，輸出電壓為:

R10為10 k 滑動電阻器，這樣就可以對幅值進行調節(jié)。本實驗中采用±5 V 電源供電，這樣輸出波形電壓在3.5 V左右波形較好，再高會溢出，導致波形失真。

圖4 正弦波幅度調節(jié)及數模電源隔離電路

3 實驗結果

對系統(tǒng)的軟硬件都調試完之后，給系統(tǒng)上電以后，經過示波器就可以測得輸出的正弦波形信號，但是DDS 有一個明顯的缺點，最大輸出頻率只能到fCLKIN/2。但本實驗中發(fā)現，當輸出頻率超出fCLKIN/2 時，信號波形仍然可以輸出，只是信號是通過幅度調制的形式輸出。fCLKIN/2 信號作為載波信號，溢出fCLKIN/2 的部分作為調制信號。如圖5 所示。

圖5 調幅信號波形

對于某一單一信號而言，可以通過串口發(fā)送數據得到所需相位和頻率。同時，通過系統(tǒng)編程，可以實現掃頻、調頻等功能。

調節(jié)滑動電阻器可以對輸出信號的幅值進行調節(jié)。當寫入兩片DDS 中的頻率字相同，相位字有一定的相位差時，通過示波器就可以測得兩路有固定相位差的信號源。

4 結束語

通過對AD9850 的實驗測試證明，本系統(tǒng)采用DDS 芯片完全可以實現頻率、相位可變，幅值可調，并且能夠輸出穩(wěn)定的相位差和振幅調制的功能。而且AD9850 工作可靠，對參考時鐘波形要求不高，輸出信號穩(wěn)定，信噪比高。此信號源分辨率高、波形失真小、全數控型函數信號發(fā)生器，具有一定的實用開發(fā)價值。

［1］石金才，秦開宇.某綜合測試系統(tǒng)子模塊開關矩陣設計［J］.中國高新技術企業(yè)，2010，138(3) ：47－48.

［2］張明珠，王艷紅.繼電器矩陣在PcB 功能檢測中的應用［J］.煤炭工程，2011(1) ：114－116.

［3］張洪剛，王德石.基于FPGA 的大規(guī)模矩陣開關設計［J］.魚雷技術，2006，14(2) ：44－46.

［4］來德勝.基于單片機程控矩陣開關設計［J］.電子測量技術，2002(2) ：5－9.

［5］陽志高，劉旺鎖.自動測試平臺開關系統(tǒng)設計研究［J］.計算機測量與控制，2007，15(1) ：19－21.

［6］張毅剛.一種矩陣開關MA 模塊［J］.國外電子測量技術，2011，30(6) ：44－46.