一種基于DDS芯片AD9959的高精度信號發(fā)生器

葉珍

摘要

相對于其他頻率合成技術(shù)，DDS技術(shù)在數(shù)字集成器、微電子技術(shù)等發(fā)展的時代，憑借自身獨特的性能與特點成為佼佼者。本文將介紹一種多種信號模式輸出的高精度信號源，是由AD9959與C8051F023單片共同在DDS原理指導(dǎo)下實現(xiàn)而成的。同時，本文將通過給出示意圖以及詳細的說明來闡述AD9959的控制口線與軟硬件的基本原理。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，這種多種信號模式的信號源所形成的分辨率、穩(wěn)定度以及其他性能，在測試中均可達到預(yù)測的目標。

【關(guān)鍵詞】DDS芯片 AD9959 高精度 信號發(fā)生器

1前言

作為頻率分辨率度高、適用廣、頻率轉(zhuǎn)換敏捷等多個優(yōu)點集于一身的技術(shù)，直接數(shù)字頻率合成DDS在近幾年的集成電路技術(shù)推動下，不斷創(chuàng)新發(fā)展。

眾多設(shè)計者因其芯片的體積小、成本低等優(yōu)點，會更加喜愛DDS技術(shù)。在目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與微電子技術(shù)發(fā)展迅速，為DDS芯片技術(shù)發(fā)展提供一個有利的客觀環(huán)境，為其發(fā)展?fàn)幦∫粋€契機。本文介紹的信息發(fā)生器是來自于ADI公司所提供的DDS芯片AD9959與單片機的合成品。

2相關(guān)概念闡述

2.1DDS基本原理

針對高速存儲器查表所產(chǎn)出的數(shù)字形式信號，經(jīng)過DAC技術(shù)即可轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，—般稱之為DDS技術(shù)。在DDS技術(shù)中，普遍使用的是正弦波信號。因為在大部分企業(yè)中，芯片的輸出形式均為正弦波輸出。普通的芯片的核心組成部分有DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器、正弦查詢表、低通濾波器、相位累加器以及系統(tǒng)時鐘等。

系統(tǒng)時鐘的作用是為了確保芯片中各個部位的同步運作，同時可采用穩(wěn)定度高的頻標源來提升系統(tǒng)的穩(wěn)固性。

2.2AD9959芯片性能介紹

ADI公司主要生產(chǎn)采樣頻率較高的、精準度高的DDS芯片，其中AD9959芯片是最為出名的一種。本文將通過介紹AD9959芯片來簡單闡釋DDS技術(shù)的基本原理：

（1）采樣頻率最高可達500MSPS；

（2）芯片中DDS通道間能在頻率、幅度以及相位上能做到相互獨立控制；

（3）通道間的隔離效果強，均為大于65DB；

（4）相位、幅度掃描能力以及線性的頻率；

（5）10bitD/A轉(zhuǎn)換器均在四條通道間有所配置；

（6）頻率分辨率、相位分辨率以及幅度分辨率在通道間均有穩(wěn)定的數(shù)值；

（7）在FSK、PSK、ASK等調(diào)制模式中，最局可達16級；

（8）DAC采用靈活性較強的設(shè)置來處理滿偏電流現(xiàn)象；

（9）適當(dāng)在軟硬件挑架控制開關(guān)；

（10）芯片均可同步運作。

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，正弦信號的轉(zhuǎn)變是從32位累加器輸出值取前15位對ROM進行尋址而產(chǎn)生的。

2.3信號發(fā)生器簡介

信號發(fā)生器的主要功能有以下幾點，例如不同的頻率的提供、波形形成以及輸出電平電信號的提供等。作為測試的信號源或是激勵源，信號發(fā)生器可用于測量電信系統(tǒng)或是設(shè)備的振幅特征、頻率變化以及其他測試參數(shù)等。在生產(chǎn)實踐與科技領(lǐng)域中，信號發(fā)生器即可用作信號源，也可充當(dāng)為振蕩器，可謂適用范圍廣泛。一般情況下，三角函數(shù)方程式的使用用于波形曲線的制作，例如三角波、矩形波等。同時，函數(shù)信號發(fā)生器也可用正弦波的電路充當(dāng)。

3硬件電路及軟件設(shè)計分析

3.1硬件電路分析

本文介紹的信號發(fā)生器，主要是以形式多樣化、模式可調(diào)為主，并將頻率控制在O-lOOMHz之間的。

如圖1所示，顯示功能、鍵盤以及DDS芯片AD9959的控制源處于微處理單元C8051中。工作電壓在2.7-3.6伏的單片機C8051F023是該信號發(fā)生器的主要型號，與電壓為3.3伏的AD9959相一致。C8051F023自身配置標準的8051端口來作為推挽與漏極開路輸出。同時端口的輸出電平所負載能力強，因此要接近于電源電壓處。節(jié)電能力的提升需要在總體上控制標準8051中的固定的“弱上拉”，進一步降低能源的消耗。管腳配置的靈活性也要在數(shù)字交叉開關(guān)上體現(xiàn)出來，同時也要經(jīng)過復(fù)位模式來增加程序運行的可靠性。

3.2軟件設(shè)計分析

按鍵程序包含在單片機的控制程序中，并以輸出頻率形式呈現(xiàn)出來。同時，在單片機中，AD9959初始設(shè)置程序與按鍵指令等程序都在包含其中。AD9959在投入應(yīng)用時，定會經(jīng)過單片機的簡單操作來進行初始設(shè)置，例如串口傳輸模式設(shè)置、初始頻率輸出設(shè)置等。

其次，一些注意細節(jié)仍需要關(guān)注。例如，AD9959的時序問題是軟件編寫重要關(guān)注問題，考慮到指令周期與數(shù)據(jù)周期的不同。若不注意細節(jié)或是操作不當(dāng)，會因為運行速度過快而出現(xiàn)問題。另外，單片機的控制應(yīng)在三個部件之間充分協(xié)調(diào)，做到程序流暢簡潔，提高器件間的耦合度。與此同時，顯示屏在技術(shù)處理上，可以采用虛擬幀來彌補花屏現(xiàn)象，不斷創(chuàng)新屏幕效果。

3.3測試結(jié)果分析

該系統(tǒng)經(jīng)過正規(guī)的測試工作后，可達到初步預(yù)定的指標。在O-lOOMHz頻率范圍內(nèi)，AD9959憑借優(yōu)特的性能來實現(xiàn)分辨率可達1Hz。同時，還可進行多種調(diào)制模式，例如ASK、FSK、PSK等。若單從信號源的概念出發(fā)，其精準度與穩(wěn)定度也達到預(yù)定的參數(shù)。

4結(jié)束語

以DDS芯片為載體，具有速度快、波形輸出穩(wěn)定、相位幅度控制率高等優(yōu)點，AD9959芯片在微電子技術(shù)已遙遙領(lǐng)先。在數(shù)據(jù)傳輸中，可支持多串口數(shù)據(jù)傳送、分辨率高等。另外，調(diào)制模式的選擇也因為通道的設(shè)置而實現(xiàn)多種模式，使得適用范圍不斷擴大。同時，AD9959不同于其他芯片的地方在于其具有掃頻功能，遠比于普通的信號源芯片。

參考文獻

[1]李毅.基于DDS和PLL的掃頻信號源設(shè)計[D].南京：南京理工大學(xué)，2005.

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