【正文】 W5 Freqb5 W15 Freqb15 W25 Freqb25 W35 Phaseb0 (LSB) W6 Freqb6 W16 Freqb16 W26 Freqb26 W36 Phaseb 1 W7 Freqb7 W17 Freqb17 W27 Freqb27 W37 Phaseb 2 W8 Freqb8 W18 Freqb18 W28 Freqb28 W38 Phaseb 3 W9 Freqb9 W19 Freqb19 W29 Freqb29 W39 Phaseb4 在表 21 中 ,位 W0～ W31 的 32 位是頻率控制字 ,改變它的內(nèi)容可以改變AD9850 的輸出頻率。 AD9850 的復(fù)位 (RESET)信號(hào)為高電平有效 ,且脈沖寬度不小于 5個(gè)參考時(shí)鐘周期。 圖 27 控制字并行輸入時(shí)序 圖 28 控制字串行輸入的時(shí)序圖 在串行輸入方式 ,WCLK上 升沿把 25引腳的一位數(shù)據(jù)串行移入 ,當(dāng)移動(dòng) 40位后 ,用一個(gè) FQ_UD 脈沖即可更新輸出頻率和相位。這 40 位控制字可通過(guò)并行方式或串行方式輸入到 AD9850,圖 27 是控制字并行輸入的控制時(shí)序 圖 ,在并行裝入方式中 ,通過(guò) 8 位總線 D0?D7 將可數(shù)據(jù)輸入到寄存器 ,在重復(fù) 5次之后再在FQUD 上升沿把 40 位數(shù)據(jù)從輸入寄存器裝入到頻率 /相位數(shù)據(jù)寄存器 (更新 DDS輸出頻率和相位 ),同時(shí)把地址指針復(fù)位到第一個(gè)輸入寄存器。 或這些值的組合進(jìn)行調(diào)整。 、 176。 、 90176。在 125MHz 的時(shí)鐘下 , 32 位的頻率控制字可使AD9850 的輸出頻率分辨率達(dá) 。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 26所示。 DAC 滿量程輸出電流通過(guò)一個(gè)外接電阻 RSET 調(diào)節(jié) ,調(diào)節(jié)關(guān)系為： setset RVI ?? 公式（ 22） setR 的典型值是 。輸出的正弦波周期 MTT Nco 2?,頻率Nout Mfcf 2?f,cT 、 cf 分別為外部參考時(shí)鐘的周期和頻率。查詢表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號(hào) ,然后驅(qū)動(dòng)DAC 以輸出模擬量。相位寄存器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上?？删幊?DDS 系統(tǒng)的核心是相位累加器 ,它由一個(gè)加法器和一個(gè) N 位相位寄存器組成 , N 一般為 24～ 32。 QOUTB：輸出補(bǔ)充 ,這是比較器的補(bǔ)充輸出。 VINN：轉(zhuǎn)換電平輸入 ,這是比較 器的反相輸入。 DACBL： DAC 基準(zhǔn)線 ,這是 DAC 基準(zhǔn)電壓參考。 IOUT： DAC 的模擬電流輸出。 RESRT：重新設(shè)置。 D0～ D7： 8bits 數(shù)據(jù)輸入。 FQ_UD：頻率更新時(shí)鐘。 AVDD：模擬電路電源。 DGND：數(shù)字電路地。 RSET： 是 DAC外部電阻 RSET連接處 ,此電阻設(shè)置了 DAC 輸出電流的幅值 ,一般情況 下 mAIout 10? , ?? kRset , setR 與 outI 的關(guān)系式為setout RVI ?? 。中層虛線內(nèi)是一個(gè)完整的可編程 DDS 系統(tǒng) ,外層虛線內(nèi)包含了 AD9850 的主要組成部分。 AD9850 采用先進(jìn)的 CMOS工藝 ,其功耗在 155mW,擴(kuò)展工業(yè)級(jí)溫度范圍為－ 40～ 80℃ ,采用28腳 SSOP 表面封裝形式。 DDS 芯片 AD9850 AD9850 簡(jiǎn)介 隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展 ,用數(shù)字控制方法從一個(gè)參考頻率源產(chǎn)生多種頻率的技術(shù) ,即直接數(shù)字頻率合成 (DDS)技術(shù)異軍突起。當(dāng) DDS 的波形存儲(chǔ)器分別存放正弦和余弦函數(shù)表時(shí) ,即可得到正交的兩路輸出。 (5)輸出波形的靈活性 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 共 74 頁(yè) 12 只要在 DDS 內(nèi)部加上相應(yīng)控制如調(diào)頻控制 FM、調(diào)相控制 PM和調(diào)幅控制 AM,即可以方便靈活地實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅功能 ,產(chǎn)生 FSK、 PSK、 ASK 和 MSK 等信號(hào)。目前 ,大多數(shù) DDS 的分辨率在 1Hz 數(shù)量級(jí) ,許多小于 lmHz 甚至更小。 (3)頻率分辨率極高 若時(shí)鐘 cf 的頻率不變 ,DDS 的頻率分辨率就由相位累加器的位數(shù) N 決定。時(shí)鐘頻率越高 ,轉(zhuǎn)換時(shí)間越短。事實(shí)上 ,在 DDS 的頻率控制字改變之后 ,需經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期之后按照新的相位增量累加 ,才能實(shí)現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換。但考慮到低通濾波器的特性和設(shè)計(jì)難度以及對(duì)輸出信號(hào)雜散的抑制 ,實(shí)際的輸出頻率帶 寬仍能達(dá)到 40%關(guān) fc。 DDS 性能特點(diǎn) DDS 在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、高分辨力、相位連續(xù)性、正交輸出以及集成化等一系列性能指標(biāo)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)所能達(dá)到的水平 ,為系統(tǒng)提供了優(yōu)于模擬信號(hào)源的性能。 可見(jiàn) ,通過(guò)上述變換不變量 K 將唯一的確定一個(gè)單頻率模擬余弦信號(hào) )(tS ： M tKftS c?2cos)( ? 公式（ 210） 該信號(hào)的頻率為： MKff c?0 公式（ 2— 11） 公式（ 2— 2）就是直接數(shù)字頻率合成（ DDS）的方程式 ,在實(shí)際的 DDS 中 ,一般取 NM 2? ,于是 DDS 方程就可以寫(xiě)成： NcKff 20 ? 公式（ 2— 12） 根據(jù)公式（ 2— 3）可知 ,要得到不同的頻率只要通過(guò)改變 K 的具體數(shù)值就可以了 ,而且還可以得到 DDS 的最小頻率分辨率（最小頻率間隔） 為當(dāng) 1?K 時(shí)的輸出頻率： Ncresff 2? 公式（ 213） 可見(jiàn)當(dāng)參考頻率 cf 始終一定是 ,其分辨率由相位累加器的位數(shù) N 決定 ,若取MHzfc 100? , 32?N ,則 Hzfres ? ,即分辨率可以達(dá)到 ,這也是最低的合成頻率 ,輸出頻率的高精度 DDS 的一大優(yōu)點(diǎn)。 對(duì)應(yīng)的相位序列為 fnT?? 2)( ? ?,2,1,0?n 公式（ 24） 從上式可以看出相位序列呈線性 ,即相鄰的樣值之間的相位增量是一個(gè)常數(shù) ,而且這個(gè)常數(shù)僅與信號(hào)的頻率 f 有關(guān) ,相位增量為： fT?2)( ??? 公式（ 25） 因?yàn)樾盘?hào)頻率 f 與采樣頻率 cf 之間有以下關(guān)系： MKffc ? 公式（ 26） 其中 K 與 M 為兩個(gè)正整數(shù) ,所以相位的增量也可以完成： MKn ?? 2)( ?? 公式（ 27） 由上式可知 ,若將 ?2 的相位均勻的分為 M 等份 ,那 么頻率為 MKf ?2? 的余弦信號(hào)以頻率 cf 采樣后 ,它的量化序列的樣品之間的量化相位增量為一個(gè)不變值 K 。低通濾波器用于濾除不需要的取樣分量 ,以便輸出頻譜純凈的正弦波信號(hào)。用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲(chǔ)器(ROM)的相位取樣地址 ,這 樣就可把存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器內(nèi)的波形抽樣值 (二進(jìn)制編碼 )經(jīng)查找表查出 ,完成相位到幅值轉(zhuǎn)換。這樣 ,相位累加器在時(shí)鐘作用下 ,不斷對(duì)頻率控制ROM （波形儲(chǔ)存器） 相位量化序列 地址 波形幅度量化序列 （數(shù)據(jù)） 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 共 74 頁(yè) 9 字進(jìn)行線性相位累加。每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖關(guān) ,加法器 將頻率控制字 K 與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加 ,把相加后的結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。因此 ,為了取出主頻 0f 必須在 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出端接入截止頻率為 2cf 的低通濾波器。需要注意的是 ,頻率合成器對(duì) D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率有一定的要求 ,D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高 ,合成的正弦波??tS 臺(tái)階數(shù)就越多 ,輸出的波形的精度也就越高。 相位 — 幅度變換 原理圖如下圖所示： 圖 23 相位 — 幅度變換原理圖 D/A 轉(zhuǎn)換器 D/A 轉(zhuǎn)換器的作用是把合成的正弦波數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量?！?360176。 波形存儲(chǔ)器 用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲(chǔ)器的取樣地址 ,進(jìn)行波形的相位一幅值轉(zhuǎn)換 ,即可在給定的時(shí)間上確定輸出的波形的抽樣幅值。 控制波形的加法器 通過(guò)改變波形控制字 W 可以控制輸出信號(hào)的波形。 控制相位的加法器 通過(guò)改變相位控制字 P 可以控 制輸出信號(hào)的相位參數(shù)。這樣 ,相位累加器在時(shí)鐘的作用下 ,進(jìn)行相位累加。每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖 fc,加法器將頻率控制字 K 與寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加 ,再把相加后的結(jié)果送至寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。要改變 DDS 的輸出頻率 ,只要改變控制字 K即可。 DDS 方程為：nCLKff 20 ?,0f 為輸出頻率 , cf 為時(shí)鐘頻率。這里我們用 DDS實(shí)現(xiàn)正弦波的合成作為說(shuō)明介紹。相位累加器在時(shí)鐘 cf 的控制下以步長(zhǎng) K 作累加 ,輸出的 N 位二進(jìn)制碼與相位控制字 P、波形控制字 W相加后作為波形 ROM的地址 ,對(duì)波形 ROM進(jìn)行尋址 ,波形 ROM輸出 D位的幅度碼 ??nS 經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器變成階梯波 ??tS ,再經(jīng)過(guò)低通濾波器平滑后就可以得到合成的信號(hào)波形。一個(gè)直接數(shù)字頻率合成器由相位累加器、加法器、波形存儲(chǔ) ROM、 D/A 轉(zhuǎn)換器和低通濾波器 （ LPF） 構(gòu)成。與傳統(tǒng)的頻率合成器相比 ,DDS 具有低成本、低功耗、 高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時(shí)間等優(yōu)點(diǎn) ,廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)域 ,是實(shí)現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。主要指各種隨機(jī)噪聲造成的瞬時(shí)頻率或相位起伏 ,即相位噪景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 共 74 頁(yè) 6 聲 ,它可以從頻域 (單邊帶相位噪聲譜密度 )和時(shí)域 (阿侖方差 )來(lái)表征。頻率源在規(guī)定的外界條件下 ,在一定的時(shí)間內(nèi)工作頻率的相對(duì)變化 ,它與所選用的參考源的長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度相同。 指在一定的時(shí)間間隔內(nèi) ,頻率準(zhǔn)確度的 變化 ,分為長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度、短期頻率穩(wěn)定度。 指振蕩器實(shí)際的頻率值 xf 對(duì)其標(biāo)稱(chēng)值 0f 的相對(duì)偏離 ,即00f ffe x?? 。它與頻率合成的方式密切相關(guān)。 (3)切換時(shí)間。 ? ?? ?? ? %1002m i nm a xm i nm a x ????? ff fff 公式（ 21） (2)分辨率。和最大合成頻率 fmax、決定 ,合成的頻率介于兩者之間。 (l)頻率范圍。頻率合成技術(shù)是現(xiàn)代通訊電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高性能指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一 ,很多電子設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)都依賴于所用頻率合成器的性能 ,因此人們常將頻率合成器喻為眾多電子系統(tǒng)的“心臟” ,而頻率合成理論也因此在 20 世紀(jì)得到了飛躍的發(fā)展。 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 共 74 頁(yè) 5 2 DDS 信號(hào)源設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ) 頻率合成技術(shù) 頻率合成是指以一個(gè)或多個(gè)參考頻率源為基準(zhǔn) ,在某一頻段內(nèi) ,綜合產(chǎn)生并輸出多個(gè)工作頻率點(diǎn)的過(guò)程。 (3)給出了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)思想 ,并予以實(shí)現(xiàn)。 信號(hào)源的 頻率準(zhǔn)確度 為 104,頻率穩(wěn)定度為 105,頻率范圍 1Hz— 1 MHz。 (2)闡述 AD9850 直接數(shù)字頻率合成器芯片的基本原理和性能特點(diǎn)。1 0% ? 電源 頻率 50Hz177。本課題的目的就是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一個(gè)能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形的信號(hào)源 ,信號(hào)源的 頻率準(zhǔn)確度 為 104,頻率穩(wěn)定度為 105,頻率范圍1Hz— 1MHz,波形失真小于 1%，而直接數(shù)字頻率合成技術(shù)是研制該系統(tǒng)所要解決的關(guān)鍵技術(shù) ,因此對(duì)本文的研究不僅具 有理論意義而且具有實(shí)用價(jià)值。所以 ,在很多應(yīng)用中 ,都需要自己設(shè)計(jì)不同功能的信號(hào)源。 雖然 ,DDS 技術(shù)的出現(xiàn)使得信號(hào)源的性能指標(biāo)得到了飛躍 ,各種新的產(chǎn)品不斷推出 ,但是 ,目前市場(chǎng)上的信號(hào)源產(chǎn)品大多是通用型的 ,一般只能產(chǎn)生正弦波等標(biāo)準(zhǔn)波形。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在對(duì) DDS 輸出的頻譜做了大量的分析以后 ,總結(jié)出了誤差的頻域分布規(guī)律建立了誤差模型 ,在分析 DDS 頻譜特性的基礎(chǔ)上又提出了一些降低雜散功率的方法 :可以通過(guò)采樣的方法降 低帶內(nèi)誤差功率 ,可以用隨機(jī)抖動(dòng)法提高無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍 (在 D/A 轉(zhuǎn)換器的低位上加擾打破 DDS 輸出的周期性 ,從而把周期性的雜散分量打散使之均勻化 )。在比較新的 DDS 芯片中普遍都采用了 12bit 的 D/A 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)然隨著技術(shù)的發(fā)展 ,這些問(wèn)題正在逐步得到解決 ,如通過(guò)增長(zhǎng)波形 ROM 的長(zhǎng)度減小相位截?cái)嗾`差 。 DDS 可以產(chǎn)生兩路相位嚴(yán)格正交的信號(hào)在正交調(diào)制和解中的到廣泛應(yīng)用 ,是一種很好的本振源。 除了在儀器中的應(yīng)用外 ,DDS 在通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)中也有很重要的用途。 BKPRECISION 公司的 4070A型函數(shù)級(jí)任意波形發(fā)生器正弦波和方波輸出頻率 DC一 ,頻率分辨率 10mHz。采樣率 40M,還具備了調(diào)制功能 ,可以產(chǎn)