1 引言

　　電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測試需要多種信號源,，信號源是電路實(shí)驗(yàn)的基本組成模塊,。當(dāng)前電路設(shè)計(jì)、測試中使用的信號發(fā)生器通常由硬件電路模塊組成,。這類信號發(fā)生器不僅成本高,。硬件規(guī)模大、功能擴(kuò)展困難,，不能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì),、測試和復(fù)雜實(shí)驗(yàn)需求。為此需要設(shè)計(jì)硬件規(guī)模小,、擴(kuò)展功能豐富、適用性強(qiáng)的信號發(fā)生器,。AD9857可工作于正交調(diào)制,、單音、內(nèi)插DAC等3種模式,，集成有DDS,、DAC等功能，可實(shí)現(xiàn)信號發(fā)生的基本硬件功能,。因而靈活運(yùn)用AD9857的3種工作模式,，利用其集成的硬件功能，采用較少硬件就可產(chǎn)生多種信號,?；贏D9857的信號發(fā)生器符合系統(tǒng)硬件規(guī)模小、擴(kuò)展功能豐富,、適用性強(qiáng)的要求,，滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)和測試階段信號源多樣的要求，并滿足多種不同層次電路實(shí)驗(yàn)對信號源的需求,。這里以AD9857為核心,，設(shè)計(jì)一種基于計(jì)算機(jī)和基本硬件電路的信號發(fā)生器。

　　2 信號發(fā)生器的系統(tǒng)構(gòu)成

　　計(jì)算機(jī)設(shè)置信號發(fā)生器的工作模式,，并根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求,，利用軟件編程設(shè)置產(chǎn)生信號的調(diào)制樣式和參數(shù),，通過軟件運(yùn)算生成產(chǎn)生信號的數(shù)據(jù)，并通過端口將這些數(shù)據(jù)傳遞給信號發(fā)生器的硬件電路,，從而產(chǎn)生具體的信號波形,。當(dāng)需要生成新的信號時(shí)，調(diào)用計(jì)算機(jī)內(nèi)的信號數(shù)據(jù)庫或改變信號發(fā)生器的工作模式,，利用通用的外部硬件電路完成信號變換,。當(dāng)信號數(shù)據(jù)庫中不包含所需要生成的信號時(shí)，則通過軟件運(yùn)算產(chǎn)生所需數(shù)據(jù),，實(shí)現(xiàn)發(fā)生信號的擴(kuò)展,。信號發(fā)生器的構(gòu)成原理框圖如圖1所示。

　　語音,、圖像,、傳真、數(shù)據(jù)等基帶信號在計(jì)算機(jī)中經(jīng)軟件編程,，生成相對一致的數(shù)據(jù)格式,，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)，從而構(gòu)成生成信號的數(shù)據(jù)庫,。當(dāng)選定生成的信號后,，數(shù)據(jù)在控制信號作用下向計(jì)算機(jī)端口發(fā)送并由外部硬件電路生成模擬信號。該設(shè)計(jì)的核心是外部硬件電路生成模擬信號模塊部分,。

　　3 AD9857結(jié)構(gòu)與功能描述

　　AD9857是美國模擬器件公司生產(chǎn)的一款14 bit高性能的數(shù)字上變頻器,，其內(nèi)部時(shí)鐘速率達(dá)200 MHz，具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性,，可實(shí)現(xiàn)4倍到20倍可編程的參考時(shí)鐘倍頻,；內(nèi)部集成一個(gè)32 bit正交DDS，實(shí)現(xiàn)8 bit的輸出幅度控制,；AD9857由3．3 V單電源供電,，具有簡單的控制接口，其功能框圖如圖2所示,。

　　圖2中,，AD9857由I、Q數(shù)據(jù)分離,、級聯(lián)積分梳狀CIC(cascaded integrator comb)濾波,、可編程內(nèi)插、正交調(diào)制器,、DDS核,、輸出濾波、DAC模塊,、時(shí)鐘控制模塊,、定時(shí)和控制等部分構(gòu)成,。該器件可工作于正交調(diào)制、單音及內(nèi)插 DAC 3種工作模式,，選擇不同的丁作模式其內(nèi)部相應(yīng)部分電路發(fā)生作用,。當(dāng)AD9857 工作于正交調(diào)制模式時(shí)，并行數(shù)據(jù)端口輸入的I,、Q數(shù)據(jù)在其分離模塊中分離為I,、Q兩路數(shù)據(jù)。這兩路數(shù)據(jù)經(jīng)反CIC,、4倍內(nèi)插,、可編程CIC后，與DDS核送來的正弦,、余弦信號正交調(diào)制,，并由 DAC模塊輸出；當(dāng)AD9857 工作于單音模式下,，DDS核由軟件設(shè)定控制字后產(chǎn)生相應(yīng)頻率的采樣值,，并經(jīng)DAC模塊輸出所需模擬信號。當(dāng)AD9857 工作于內(nèi)插DAC模式時(shí),，僅有I通道工作,。這時(shí)，來自并口的14bit數(shù)據(jù)經(jīng)濾波和內(nèi)插處理后,，由DAC模塊輸出模擬信號,。在設(shè)計(jì)信號發(fā)生器時(shí)，可根據(jù)所需產(chǎn)生的信號,，通過軟件選擇相應(yīng)的工作模式。

　　4 利用AD9857設(shè)計(jì)信號發(fā)生器翻

　　根據(jù)圖1信號發(fā)生器的原理框圖可知,，其外部硬件電路生成模擬信號,，這樣，信號發(fā)生器是由AD9857與相關(guān)的外圍電路共同實(shí)現(xiàn)中頻信號,，其核心電路如圖3所示,。

　　圖3中，利用CON_DATA端口輸入的數(shù)據(jù)定義AD9857串口編程控制寄存器組中地址為01H寄存器的狀態(tài),，由此決定信號發(fā)生器的工作模式,。當(dāng)01H 寄存器設(shè)置為00H時(shí)，信號發(fā)生器工作于正交調(diào)制模式,；設(shè)置為01H時(shí),，工作于單音模式；設(shè)置為02H時(shí),，工作于內(nèi)插DAC模式,。信號發(fā)生器工作在正交調(diào)制模式,，來自DATA_INPUT端口的14 bit并行數(shù)據(jù)在PDCLK時(shí)鐘的同步下，首先在AD9857內(nèi)進(jìn)行I,、Q通道的數(shù)據(jù)分離,，并經(jīng)反CIC和內(nèi)插處理后與DDS核送來的相差為90°的兩路載頻信號正交相乘并相加，所形成的數(shù)據(jù)經(jīng)DAC模塊則生成需要的信號,。在該工作模式下,，由DA-TA INPUT端輸入的數(shù)據(jù)應(yīng)事先設(shè)置為I、Q數(shù)據(jù)交替的形式,，通常情況下可由計(jì)算機(jī)預(yù)先生成,，并存儲(chǔ)在生成信號的數(shù)據(jù)庫中。

　　當(dāng)信號發(fā)生器工作在單音模式下,，AD9857內(nèi)部I和Q兩通道不能由并口獲取數(shù)據(jù),，AD9857的輸出由DDS的余弦部分決定，DDS的輸出頻率則由異步串口設(shè)置AD9857的頻率轉(zhuǎn)換字來設(shè)定,。

　　當(dāng)信號發(fā)生器工作在內(nèi)插DAC模式下,，DDS不工作，僅AD9857的I通道工作,。這時(shí),，經(jīng)DATA_INPUT端口輸入的數(shù)據(jù)串中僅I組數(shù)據(jù)作用，經(jīng)AD9857的內(nèi)捅處理后由DAC模塊轉(zhuǎn)換為模擬輸出信號,。

　　AD9857工作在不同工作模式下,，所涉及的控制寄存器組是由CON_DATA端口輸入的數(shù)據(jù)連接到PS0、PS1兩個(gè)引腳共同決定,。

　　5 討論

　　本設(shè)計(jì)方法根據(jù)所生成信號的要求,，由計(jì)算機(jī)通過CON_DATA端口的控制位設(shè)定AD9857串口控制字，靈活選擇相應(yīng)的工作模式,，從而產(chǎn)生所需的單音信號,、常用窄帶通信信號，較為復(fù)雜和無規(guī)律的信號,，因而具有較大靈活性,。通常情況下，為減少功耗,， AD9857工作時(shí)應(yīng)盡可能選擇較低的內(nèi)部時(shí)鐘頻率,。在DDS的典型應(yīng)用時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率應(yīng)是最高輸出頻率的2．5倍,。由于AD9857是模擬和數(shù)字混合電路器件,，因此電路布局應(yīng)注意模擬電路地線和數(shù)字電路地線的設(shè)置與連接。一般情況下,，模擬電路地線和數(shù)字電路地線應(yīng)盡可能短并設(shè)置為一點(diǎn),，這樣可避免引入不必要的噪聲而影響模擬電路部分的工作,，降低系統(tǒng)性能。

　　6 結(jié)論

　　利用基本的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程相結(jié)合實(shí)現(xiàn)信號發(fā)生器設(shè)計(jì),。該設(shè)計(jì)充分應(yīng)用AD9857的功能特點(diǎn),，在軟件編程控制下，硬件電路可產(chǎn)生不同信號,。與單片機(jī)控制的信號發(fā)生器設(shè)計(jì)相比,，該設(shè)計(jì)主控模塊由計(jì)算機(jī)構(gòu)成，界面更友好,，具有更大的靈活性和軟件擴(kuò)展空間,，特別是當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)時(shí)，可用一臺計(jì)算機(jī)作為主控機(jī)設(shè)置,、控制多個(gè)信號發(fā)生器,，從而構(gòu)成一個(gè)局部的電磁環(huán)境空間，拓展信號發(fā)生器的應(yīng)用范圍,。