正弦信號(hào)源" title="信號(hào)源">信號(hào)源是一種廣泛應(yīng)用的信號(hào)源,對(duì)它的要求也隨著技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越高,。傳統(tǒng)的正弦信號(hào)發(fā)生器" title="信號(hào)發(fā)生器">信號(hào)發(fā)生器往往在低頻輸出時(shí)的頻率的穩(wěn)定度和精度等指標(biāo)都不高。我們知道為了獲得高頻率穩(wěn)定度的信號(hào)源，往往采用鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn),，但這種方法電路復(fù)雜、體積龐大,。近年來(lái),，DDS" title="DDS">DDS技術(shù)由于具有容易產(chǎn)生頻率快速轉(zhuǎn)換、分辨率高,、相位可控的信號(hào),這在電子測(cè)量,、雷達(dá)系統(tǒng)、調(diào)頻通信,、電子對(duì)抗等領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用,。然而,，如果選用通常的Analog公司的系列DDS芯片研制低頻正弦信號(hào)" title="正弦信號(hào)">正弦信號(hào)發(fā)生器，往往需要外部微處理器,，因此電路較復(fù)雜,，并且頻率穩(wěn)定度不佳。為此,，本文將討論基于ML2035" title="ML2035">ML2035設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的正弦信號(hào)發(fā)生器,，它具有外圍元器件少，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,，可以不需要外部微處理器的特點(diǎn),。
ML2035是MicroLinear公司的一款單片正弦信號(hào)發(fā)生芯片，它可以在幾乎不需要其它外圍器件的條件下,，產(chǎn)生直流到25kHz的正弦信號(hào),，并且它的輸出正弦信號(hào)頻率可以由16比特的串行比特字控制。因此,，ML2035可以廣泛地應(yīng)用于需要價(jià)格低,、精度高的正弦信號(hào)發(fā)生器的無(wú)線通信或調(diào)制解調(diào)等領(lǐng)域。ML2035的主要特點(diǎn)如下：
●輸出正弦信號(hào)頻率為直流到25kHz,；
●具有低增益誤差和低諧波畸變性能,；
●具有3線SPI兼容性串行微處理器接口，并具有數(shù)據(jù)鎖存功能,；
●具有不需要外圍器件的全集成解決方案功能,；
●頻率分辨率可達(dá)1.5Hz（當(dāng)輸入時(shí)鐘頻率為時(shí)）；
●自帶的內(nèi)部晶振,；
●具有同步和異步的數(shù)據(jù)加載功能,。
正弦信號(hào)的產(chǎn)生
ML2035的基本原理和DDS一樣，它內(nèi)部主要由正弦信號(hào)產(chǎn)生,、晶振和串行數(shù)字接口等部分組成,。但是，ML2035的外圍電路及其簡(jiǎn)單,，它僅有8個(gè)引腳,。ML2035的可編程頻率發(fā)生器的基本原理和直接頻率合成器（DDS）的基本原理完全一樣。我們知道,，DDS芯片一般由頻率控制字,、相位累加器、正弦查詢表,、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器組成,。DDS芯片的核心部件是相位累加器,它由N位加法器與N位相位寄存器構(gòu)成,它類似一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器。每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖,相位寄存器的輸出就增加一個(gè)步長(zhǎng)的相位增量值,加法器將頻率控制數(shù)據(jù)與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加,把相加結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端,。相位累加器進(jìn)入線性相位累加,累加至滿量程時(shí)產(chǎn)生一次計(jì)數(shù)溢出,這個(gè)溢出頻率即為DDS的輸出頻率,。正弦查詢表是一個(gè)可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM),存儲(chǔ)的是以相位為地址的一個(gè)周期正弦信號(hào)的采樣編碼值,包 含一個(gè)周期正弦波的數(shù)字幅度信息,每個(gè)地址對(duì)應(yīng)于正弦波中:范圍的一個(gè)相位點(diǎn)。將相位寄存器的輸出與相位控制字相加得到的數(shù)據(jù)作為一個(gè)地址對(duì)正弦查詢表進(jìn)行尋址,查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度信號(hào),驅(qū)動(dòng)DAC,輸出模擬信號(hào),；低通濾波器平滑并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),。
由于ML2035的控制字長(zhǎng)為16比特，因此據(jù)DDS的原理我們不難得出ML2035的輸出頻率關(guān)系式為
(1)
相應(yīng)地,，ML2035的頻率分辨率（亦最小頻率）為
(2)
串行數(shù)字接口
ML2035的控制可以通過(guò)芯片的串行數(shù)字接口實(shí)現(xiàn),，數(shù)字接口部分主要由移位寄存器和數(shù)據(jù)鎖存器組成。SID引腳上的16bits數(shù)據(jù)字在時(shí)鐘SCK的上升沿時(shí)被送入16bits的移位寄存器,。需要注意的是,，應(yīng)該先送最低位，最后送最高位,。然后在LAI的下降沿觸發(fā)下,，送入移位寄存器的數(shù)據(jù)被鎖存進(jìn)數(shù)據(jù)鎖存器。為了確保數(shù)據(jù)的有效鎖存,，LAI的下降沿應(yīng)該發(fā)生在SCI為“低”電平期間,。同理，在SID數(shù)據(jù)移入移位寄存器期間,，LAI應(yīng)該保持“低”電平,。
電源方式
ML2035具有電源“休眠”功能，這樣可以有效提高電源的使用效率,，這對(duì)于便攜式產(chǎn)品是極其有利的,。當(dāng)希望ML2035保持“休眠”時(shí)，可以向移位寄存器輸入全“0”,，并向LATI加載“1”使其保持高電平,。在這種情況下，ML2035的功耗可以降到11.5mW以下,，而輸出正弦信號(hào)的幅度降到0V,。需要提及的是，在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)該對(duì)ML2035的電源輸入端進(jìn)行電源去耦處理,，在電路設(shè)計(jì)中可以采用如圖1所示的電源去耦處理方案,。
圖1ML2035的電源去耦處理方法簡(jiǎn)易正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)
由DDS的基本原理可以知道，由于ML2035頻率分辨能力有限,，輸出的正弦信號(hào)將有可能出現(xiàn)誤差,。對(duì)于不同的參考時(shí)鐘，將產(chǎn)生不同程度的頻率誤差,，表1例舉了ML2035在常見的晶振下的頻率控制字和頻率誤差情況,。
表1使用常見標(biāo)準(zhǔn)晶振時(shí)ML2035所需頻率控制字和頻率誤差情況
本文擬采用ML2035設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)易的頻率為1000Hz的高精度無(wú)頻率誤差的正弦信號(hào)發(fā)生器，由于低于3.5MHz的晶振通常價(jià)格較高且體積較大,，故這里選用6.5536的晶振,。由式（1）可以得知需要的頻率控制字為1280,，因此需要的16bits控制位為1111D101000000000，這樣輸出正弦信號(hào)的頻率誤差將在理論上達(dá)到0.00%,。圖2便是實(shí)現(xiàn)該簡(jiǎn)易正弦信號(hào)發(fā)生器的電路原理圖,，這里74HC4060計(jì)數(shù)器的功能是振蕩器和計(jì)時(shí)器，而74HC4002是高速CMOS四與非門器件,。為了實(shí)現(xiàn)ML2035的輸出正弦信號(hào)頻率為1000Hz,，必須使在前8個(gè)脈沖移入8比特0，然后在接下來(lái)的后8個(gè)脈沖移入11111010,。
圖2基于ML2035的1000Hz正弦信號(hào)發(fā)生器電路原理圖
結(jié)束語(yǔ)
由于傳統(tǒng)的正弦信號(hào)發(fā)生器往往在低頻輸出時(shí)的頻率的穩(wěn)定度和精度等指標(biāo)都不高,，如果選用通諸如Analog公司的DDS系列芯片研制低頻正弦信號(hào)發(fā)生器，往往將導(dǎo)致電路復(fù)雜,、體積龐大等問(wèn)題,。為此，本文討論了基于ML2035設(shè)計(jì)一輸出頻率為1000Hz的簡(jiǎn)易正弦信號(hào)發(fā)生器,，并擬應(yīng)用在某雷達(dá)設(shè)備中,。由于它具有外圍元器件少，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,，可以不需要外部微處理器的特點(diǎn),。因此，ML2035可以廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)生價(jià)格低,、精度高的正弦信號(hào),。