1 AD9854芯片介紹
AD9854是美國ADI公司最近推出的單片DDS芯片，簡單結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。它的主要特點為：內(nèi)部高速,、高性能的正交D/A轉(zhuǎn)換器和高速比較器實現(xiàn)數(shù)字合成的正交的I和Q路輸出。當(dāng)輸入一準(zhǔn)確的參考頻率,，AD9854就產(chǎn)生一高穩(wěn)定的頻率,、相位、幅度可編程的正弦和余弦信號,，作為本機振蕩器用于通信,、雷達(dá)等方面。AD9854的DDS核具有48bit的頻率分辨率（1mHz步進(jìn)）,，相位截斷17bit保證了優(yōu)良的無雜散動態(tài)比（SFDR）指標(biāo),。
AD9854采用了先進(jìn)的35微米CMOS技術(shù)，使它只需+3.3V的電源供應(yīng),，它的電路工藝使同步正交信號輸出的頻率最高達(dá)150MHz,，平均每秒產(chǎn)生100百萬新頻率。正弦信號輸出經(jīng)過外部平滑濾波后,，可以通過內(nèi)部比較器轉(zhuǎn)化成方波，用于時鐘產(chǎn)生,。在高速時鐘產(chǎn)生器的應(yīng)用中,，若12bit的“控制”DAC與內(nèi)部的比較器相結(jié)合，能實現(xiàn)脈寬調(diào)制和靜態(tài)周期控制,。兩個12bit的數(shù)字乘法器能實現(xiàn)數(shù)字幅度調(diào)制,、波形成形和正交輸出的準(zhǔn)確的幅度控制。AD9854中4～20整數(shù)倍頻器,，能把外部輸入的低速時鐘轉(zhuǎn)變成內(nèi)部高速時鐘（最高300MHz）,。參考時鐘可以選擇單端輸入和差分輸入。
AD9854合成的信號頻率穩(wěn)定度高,，DDS是一個信號波形的合成過程,，是以標(biāo)準(zhǔn)參考振蕩源的固定時鐘作取樣時鐘，對所需頻率的信號進(jìn)行相位取樣,，合成信號的頻率不同,，只反映了一個信號周期內(nèi)的相位取樣的數(shù)量不同。合成信號的穩(wěn)定度直接由參考源的相位噪聲決定,，甚至還要低,。合成信號的穩(wěn)定度高,，理論上可達(dá)STCLK/242Hz，這是傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)的,。頻率變化速度快,，在AD9854中，由于無需相位反饋控制,，因而頻率建立及切換快,，并且與頻率分辨率、頻譜純度相互獨立,。在芯片中,，NCO的相位改變是線性過程，形成的信號具有良好的頻譜,。此外,，由于合成信號的頻率、相位,、幅度均可由數(shù)字信號控制,，所以可以通過預(yù)置相位累加器的初始值來精確控制合成信號的相位，非常容易實現(xiàn)靈活的高精度的數(shù)字調(diào)制,，如AM,、PSK、FSK,、MSK等,，而且容易實現(xiàn)高精度的正交調(diào)制。
2 用AD9854快速開發(fā)頻率信號發(fā)生器的實例
下面給出一種用AD9854開發(fā)高精度頻率信號發(fā)生器的簡易方法,，開發(fā)者只需要熟悉MCS-51單片機編程即可,。該系統(tǒng)具有開發(fā)周期短，開發(fā)成本低的特點,，也可以作為探索AD9854功能的一種方法,，它的電路原理圖見圖2。
系統(tǒng)主要由DDS芯片AD9854,、單片機AT89C51,、看門狗定時器X25045和LED顯示驅(qū)動芯片MAX7219組成。在這個系統(tǒng)中提供了8位七段LED顯示器,，其中前五位為輸出頻率值,，顯示范圍為00.000～99.999MHz，后三位為幅度顯示位,，顯示范圍為0～999,，表示幅值從零幅度到滿幅度的變化。
對AD9854進(jìn)行初始化控制時,，首先,，主復(fù)位腳（71腳）必須置高10個系統(tǒng)周期以上,，主復(fù)位的作用是初始化系統(tǒng)總線，置控制寄存器以缺省值,。在系統(tǒng)中,，用MCS-51系列單片機對AD9854進(jìn)行控制，軟件流程圖如圖3所示,。實現(xiàn)并行寫時序時序圖如圖4所示,，可以使用以下語句：
MOV p0，#10h
MOV A,，#1DH
ADD A,，#40H
MOV P2，A
CLR WRITE
NOP
SETB WRITE
NOP
在這個系統(tǒng)中,，有5個按鍵,，分別完成光標(biāo)（回車）、光標(biāo)左移,、光標(biāo)右移,、加1和減1的功能，變換后的值經(jīng)光標(biāo)（回車）確認(rèn)后,，乞討變單片機內(nèi)RAM地址區(qū)所對應(yīng)的AD9854的頻率和幅度控制字,，然后寫入到AD9854緩存內(nèi)。每一次上電時,，單片機從看門狗的E2PROM中讀取上一次斷電時保存在里面的AD9854的控制參數(shù),，LED顯示器顯示與斷電前相同的頻率和幅度值，并完成對AD9854相同的初始化,。
SN54LVTH16625是一個電平轉(zhuǎn)換芯片，它把單片機P0口和P2口輸出的5V電平轉(zhuǎn)換成3.3V電平,，實現(xiàn)和AD9854的接口,。由于AT89C51的P0口內(nèi)部沒有上拉電阻,，在實際調(diào)試過程中,，外接了8個4.7kΩ的上拉電阻，P0口和P2口本身都具有鎖存功能,。
AD9854是一個高性能,、多功能，但又使用簡單的芯片,，它只需寫入少量的控制字,，即可實現(xiàn)不同的功能。在編程調(diào)試的過程中,，它的刷新時鐘值得重視,，通過寫端口寫入AD9854的控制字暫時寄存在I/O緩沖寄存器中,，需要一從低到高的時鐘信號由20腳從外部輸入，或者由內(nèi)部32bit的刷新時鐘把I/O緩沖寄存器中的控制字傳送到DDS的內(nèi)核,。AD9854分為AST型和ASQ型,，后者屬于耐熱型，內(nèi)部倍頻后的時鐘可達(dá)300MHz,，前者只能倍頻至200MHz,。在圖2所示的系統(tǒng)中，提供給AD9854的參考時鐘為20MHz,，在芯片內(nèi)部進(jìn)行10倍頻,，并且使用的是內(nèi)部刷新時鐘，這時,，UPDATE腳（20腳）是作為輸出腳,，在主復(fù)位之后，寫入的控制字還沒有送入DDS內(nèi)核時,，20腳輸出10倍于系統(tǒng)周期的時鐘信號,，完成初始化之后，則輸出2倍于系統(tǒng)周期的時鐘,，這也是判斷控制字是否送入AD9854內(nèi)核的一個標(biāo)志,，在調(diào)試中要特別注意。在本例中,，屏蔽了反SINC濾波模塊,，因為它的功耗高達(dá)1W，需要給芯片提供良好的散熱條件,。
輸出I或Q路信號,，是經(jīng)AD9854內(nèi)部12bitD/A轉(zhuǎn)換之后的模擬波形，但并非平滑的正弦波,，需經(jīng)低通濾波器平滑后,，即可得到預(yù)期的波形。把濾波后的I和Q通過42,、43腳輸入,，經(jīng)過高速比較器，即可得到方波信號,，方波信號經(jīng)簡單的變換,，可得到三角波、鋸齒波等,。
3 結(jié)束語
本文介紹的基于AD9854的高精度頻率信號發(fā)生器的設(shè)計方法設(shè)計的信號源,，已經(jīng)用于科研項目中,。它體積小,、重量輕,，而且在此基礎(chǔ)上，通過給AD9854提供數(shù)據(jù)源,，簡單地改變寫入AD9854的控制字,，可以實現(xiàn)AD9854所能提供的各種調(diào)制信號。把DDS技術(shù)與FPGA器件,、計算機技術(shù)結(jié)合到一起,，其操作更靈活，應(yīng)用范圍更廣泛,。由于市場上好幾個系列的FPGA器件都能在一定程度上具備動態(tài)重構(gòu)的能力，可以利用可視化編程工具Visual C++,，實現(xiàn)并口數(shù)據(jù)位線給FPGA下載AD9854的控制程序,，用FPGA器件實現(xiàn)AD9854的不同控制。實驗表明,，上述方法都能夠達(dá)到AD9854給定的性能指標(biāo)。AD9854作為一個性價比較高的DDS芯片,，具有極廣闊的應(yīng)用前景,。