1 引言
直接數(shù)字頻率合成DDS(Direct Digital Syndaesis)是實現(xiàn)數(shù)字化的一項關鍵技術,，廣泛應用于電信與電子儀器領域DDS通常是在CPLD或FPGA內設置邏輯電路實現(xiàn)的,，但由于DDS輸出受到D／A轉換器的速率及D／A轉換后I／V轉換中運放的帶寬增益和響應時間的限制，CPLD和FPGA內部實現(xiàn)方案在高頻段信號幅值已不穩(wěn)定,。因此,，這里介紹一種基于DDS器件AD9851的信號發(fā)生器設計方案。
2 AD9851簡介
AD9851是ADI公司采用先進CMOS技術生產(chǎn)的具有高集成度的直接數(shù)字頻率合成器,。該器件頻帶寬,、頻率與相位均可控，內部頻率累加器和相位累加器相互獨立,，32位調頻字使得其在180 MHz的系統(tǒng)時鐘下輸出頻率可達0．04 Hz的高分辨率,。
設相位累加器的位數(shù)為N，相位控制字的值為FK,，頻率控制字的位數(shù)為M,，頻率控制字的值為FM，內部工作時鐘為FC,，最終合成信號的頻率F相位和θ分別為：
F=FMFC/2N,，θ=2πFN/2M
AD9851的最高工作時鐘為180 MHz，實際電路中,，外部晶體振蕩器的頻率為25 MHz,，由經(jīng)內部集成的6倍頻器和高速比較器得到150 MHz的時鐘信號，這樣可減小高頻輻射,，提高系統(tǒng)的電磁兼容能力,。AD9851內部集成高速DDS和10 bit高速A／D轉換器，故無需D／A轉換和I／V,，轉換等容易影響DDS輸出的單元。
3 系統(tǒng)總體設計方案
圖1為系統(tǒng)設計框圖,。為了產(chǎn)生調制信號,，需要在FPGA內部實現(xiàn)低頻段的DDS模塊以產(chǎn)生正弦波(模擬調制AM和FM)和二進制基帶碼(數(shù)字調制ASK／FSK／PSK)。由于AD9851輸出的正弦信號存在諧波,，因此需加一個無源濾波器濾波,。由于無源濾波的衰減特性，為使信號源的最終輸出信號幅值穩(wěn)定,，系統(tǒng)需加一級AGC電路,。PGA程控放大器采用DAC7611作為基準控制輸出信號的幅度。AM電路采用模擬乘法器AD835構成,，ASK調制較簡單,，直接用DDS產(chǎn)生的二進制基帶序列控制模擬開關，從而控制AD9851信號的輸出。最后由多路選擇器和OPA690功放電路控制輸出,。
4 系統(tǒng)硬件電路設計
4．1 AD9851電路模塊和控制邏輯
由于AD9851工作頻率較高,，容易引入較大噪聲，因此需要注意電源與地線的連接,，以減小噪聲,。為避免高頻干擾，用PCB制板實現(xiàn)AD9851及其外圍,。其電路如圖2所示,。
頻率控制字和相位控制字寫入時序有并行和串行兩種方式，這可用PFGA內部狀態(tài)機實現(xiàn),。該系統(tǒng)設置的FM調制分為兩級最大頻偏：5 kHz和10 kHz,，而PSK調制信號由改變相位控制字實現(xiàn)?？刂谱旨袄碚撝涤嬎闳缦拢旱皖l段DDS波表輸出數(shù)據(jù)為14位(214=16 384),。PSK控制字在DDS波表輸出值大于16 384／2=8 192時，改變相位180°,。由于AD9851相位控制字為高5位,，故若改變180°則改變相位控制字8’h90。AD9851的最高輸出150 MHz對應頻率控制字32’hFFFFFFFF(十六進制),，故1 Hz對應28．633 1(十進制),。其調制方式選擇和參數(shù)設置部分的代碼如下：
4．2 無源濾波器
濾波器一般分為有源和無源濾波器。有源濾波器由于受運放帶寬的限制,，難以滿足系統(tǒng)頻帶內濾波要求,，故采用無源濾波器中的橢圓函數(shù)濾波器。用歸一化圖表設計橢圓低通濾波器,，如圖3所示,。由于無源濾波電路對阻抗匹配要求比較嚴格，為此設計了專門的阻抗匹配部分,。輸入阻抗匹配采用同相放大器實現(xiàn)隔離,。放大倍數(shù)通過電位器RP1調節(jié)，放大倍數(shù)太低會影響濾波效果,，太高又會影響帶寬,，實際為4倍左右。輸出阻抗匹配采用反相放大器,，因為反相放大器的輸入阻抗就等于R4,，易于實現(xiàn)阻抗匹配。
5 系統(tǒng)軟件設計
圖4為系統(tǒng)軟件設計流程,。單片機控制鍵盤和顯示器實現(xiàn)人機交互,，包括提示信息顯示,、功能選擇、參數(shù)輸入等,，使得人機界面友好,，操作簡單。
6 結束語
正弦信號發(fā)生器的信號輸出范圍達100 Hz～lO MHz,，頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-4,，幅度穩(wěn)定可調，同時可輸出各種常用調制信號,，并具有即時頻率轉換,、控制靈活、幅度穩(wěn),、體積小,、成本低等優(yōu)點，使得該系統(tǒng)能夠在各種便攜領域用作信號源,。