摘  要： 設(shè)計了一種基于直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）的RF合成信號源系統(tǒng)。系統(tǒng)采用AD9852和單片機C8051F020相結(jié)合的方法,，以AD9852為頻率合成器,，以信號處理器C8051F020為系統(tǒng)控制和任務(wù)調(diào)度中心。系統(tǒng)可實現(xiàn)輸出信號頻率在1 Hz～40 MHz可調(diào),，最小可調(diào)步進(jìn)為1 Hz,，并且頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-5,。此外，系統(tǒng)實現(xiàn)了調(diào)幅,、調(diào)頻,、相移鍵控、頻移鍵控和掃頻等功能,。在完成軟硬件設(shè)計后,，通過使用多種電子儀器對系統(tǒng)性能和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行實驗測試,，結(jié)果表明各項指標(biāo)都符合設(shè)計要求,。

　　關(guān)鍵詞： 數(shù)字控制；射頻信號源,；直接數(shù)字頻率合成,；調(diào)制

0 引言

　　信號源是雷達(dá)、通信,、電子對抗等電子系統(tǒng)實現(xiàn)高性能指標(biāo)的關(guān)鍵,，因此低相位噪聲、高穩(wěn)定度,、高可靠性和多功能信號源的研究受到普遍重視[1],。目前實現(xiàn)信號源的主要技術(shù)有：直接頻率合成（DS）、鎖相式頻率合成（PLL）和直接數(shù)字頻率合成（DDS）三種基本類型,。DS方式具有頻率轉(zhuǎn)換時間短,、相位噪聲低等優(yōu)點，但是,，這種方法首要的缺點是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，難于集成化、小型化,，目前實際上已處于被淘汰的狀況[2],。PLL方式相對于直接頻率合成方式能夠集成化和小型化，但是由于其鎖相環(huán)存在捕獲時間問題,，頻率轉(zhuǎn)換時間較長,，單環(huán)頻率合成器的頻率間隔不可能做得很小，使之很難滿足高速,、超高速的技術(shù)要求[3],。DDS方式的基本優(yōu)點是能夠準(zhǔn)確而快捷地調(diào)節(jié)輸出信號的頻率、相位和幅度[4],。目前國內(nèi)外已有相關(guān)的數(shù)字化的智能函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)品,，但是普遍存在價格高和操作復(fù)雜的缺點。針對此情況,，本文研制了數(shù)字控制RF合成信號源,，具有設(shè)計新穎,、結(jié)構(gòu)簡單、性能高和控制靈活等優(yōu)點,。

1 無線信號分析儀系統(tǒng)實現(xiàn)

　　本文設(shè)計的數(shù)字控制RF合成信號源系統(tǒng)以C8051F020單片機為控制核心,，可大大提高處理速度和系統(tǒng)控制的靈活性；采用DDS芯片AD9852為頻率源,，可以大大簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu),，提高系統(tǒng)性能和可靠性，降低成本,；以圖形點陣液晶（HG12864）和64鍵鍵盤智能管理芯片HD7279A[5]構(gòu)成人機對話窗口,，具有良好的人機界面，系統(tǒng)整體框圖如圖1所示,。

　　根據(jù)系統(tǒng)功能要求,，實際設(shè)計了4種信號的發(fā)生器：正弦波、普通調(diào)幅波（AM）,、調(diào)頻波（FM）和二進(jìn)制鍵控信號FSK,、BPSK、Chirp,、Ramp FSK?，F(xiàn)在以正弦波為例介紹其設(shè)計方案。從系統(tǒng)精確性和穩(wěn)定性方面考慮采用DDS專用芯片AD9852,，它是美國模擬半導(dǎo)體公司推出的直接數(shù)字頻率合成器（DDS）,，其正弦波發(fā)生器框圖如圖2所示。

2 無線信號分析儀系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

　　2.1 正弦波,、FM和AM信號產(chǎn)生電路

　　AD9852的DDS系統(tǒng)包括相位累加器和正弦查找表,，其中，相位累加器由一個48位加法器和一個48位寄存器組成,，相位寄存器的輸出與外部相位控制字相加后作為正弦查找表的地址,。具體的正弦信號、FM信號和AM信號的產(chǎn)生方法如下[5-7],。

　　2.1.1 正弦信號產(chǎn)生電路設(shè)計

　　設(shè)正弦波信號頻率為f0,，則有：

　　V0（t）=Vom×sin2πf0（1）

　　在AD9852中，頻率分辨率為：

　　只要通過單片機向AD9852送入與f0相對應(yīng)的頻率控制字FSW0,，就可得到式（3）表示的正弦波,。

　　AD9852輸出的正弦波幅度Vom由其內(nèi)部電路和引腳56所接RSET阻值大小決定，當(dāng)取RSET=3.92 k?贅時,，滿度IOUT=10 mA,，這時輸出電壓無雜散動態(tài)范圍（SFDR）最佳。采用此方法,，其滿度輸出正電壓VOPP≈1 V,。

　　2.1.2 FM信號產(chǎn)生電路設(shè)計

　　由模擬FM原理可知：

　　其中,，f為瞬時頻率，f0為載波頻率,，fm為瞬時最大頻偏,。

　　在AD8952中，上述調(diào)頻過程是全數(shù)字化的,，設(shè)fm,、sint對應(yīng)的數(shù)字式分別為FSWm、V?贅D,，則有：

　　其中,，Di＝0，1,，3,，5,，…,，255，VD送數(shù)周期為1 ms,。

　　因此,，可以得到數(shù)字調(diào)頻公式為：

　　FSW=FSW0+FSWm×（Di-128）/128（7）

　　其中，F(xiàn)SW0對應(yīng)瞬時頻率f,。

　　2.1.3 AM信號產(chǎn)生電路設(shè)計

　　由模擬調(diào)幅（AM）的原理,，已調(diào)幅波如下式所示：

　　其中，Vom為載波幅度,，在本設(shè)計中設(shè)為0.5 V,。

　　根據(jù)題目要求，ma做步進(jìn)調(diào)節(jié)時,，相應(yīng)的Vm改變?nèi)绫?所示,。

　　本設(shè)計調(diào)幅過程也是全數(shù)字化的，其調(diào)制信號與FM的相同,，只是Vom不同,，因此，改變Vom就可實現(xiàn)所要求的步進(jìn)調(diào)幅,。這是利用AD9852輸出電壓幅度與送到AD9852 Rest端前的D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的數(shù)字量成正比這一特性實現(xiàn)的,。

　　2.2 信號調(diào)理電路設(shè)計

　　2.2.1 雙端—單端差分運算放大電路設(shè)計

　　2.2.2 濾波電路設(shè)計

　　DDS采用全數(shù)字技術(shù)，因而不可避免地會存在雜散干擾,，需要進(jìn)行電路濾波,。系統(tǒng)要求40 MHz內(nèi)正弦信號輸出，采用截止頻率為50 MHz的低通濾波器電路符合要求,。具體設(shè)計的7階50 MHz橢圓低通濾波電路如圖4所示,。

　　2.3 系統(tǒng)控制算法軟件實現(xiàn)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計的思想是采用模塊化程序設(shè)計方法,，將系統(tǒng)軟件劃分為人機對話、正弦信號模塊,、調(diào)幅功能模塊,、調(diào)頻功能模塊和二進(jìn)制鍵控5個模塊。全部原代碼均使用標(biāo)準(zhǔn)C語言編寫,，增加了本系統(tǒng)軟件的可讀性和可移植性[8],，主程序流程圖如圖5所示。

3 實驗結(jié)果及分析

　　3.1 測試要求

　　測試指標(biāo)：系統(tǒng)要求正弦波輸出頻率范圍：1 Hz～40 MHz,，具有頻率設(shè)置功能,，頻率步進(jìn)為1 Hz，并且輸出信號頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-5,；輸出電壓幅度在50 ?贅負(fù)載電阻上的電壓峰-峰值Vopp≥5 V,；系統(tǒng)要求產(chǎn)生二進(jìn)制FSK、Chirp,、Ramp FSK,、BFSK信號、AM信號和FM信號,，并且用示波器觀察時無明顯失真,。

　　3.2 測量結(jié)果及分析

　　系統(tǒng)設(shè)計完成后可以進(jìn)行頻率、幅度和各種調(diào)制信號輸出波形的測試,，其中頻率測試表如表2所示,。由表2可知，輸出頻率的誤差在0～0.03％之間,，頻率步進(jìn)小于1 Hz,。

　　幅度測試表如表3所示。由表3可知,，輸出幅度的誤差滿足系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)指標(biāo)要求,。誤差主要產(chǎn)生于信號傳輸鏈路，包括信號輸出線的衰減和放大器的非理想穩(wěn)定性,。

　　各種調(diào)制信號輸出波形的測試結(jié)果如圖6所示,。從圖6可以看出掃頻信號、AM信號,、FM信號,、FSK調(diào)制信號和BPSK調(diào)制信號測試均正常。

4 結(jié)論

　　本文設(shè)計了基于單片機C8051F020的數(shù)字控制RF合成信號源,，完成了系統(tǒng)硬件電路和軟件程序設(shè)計,，經(jīng)測試系統(tǒng)現(xiàn)有各功能正常，RF信號源可輸出掃頻信號、序列信號和正弦信號,，正弦信號輸出頻率范圍為1 Hz～40 MHz,，頻率分辨率為1 Hz，輸出電壓范圍為0～5 V,，并能實現(xiàn)AM,、FM、FSK,、BPSK及Chirp等調(diào)制功能,，是一款性價比不錯的信號源設(shè)備。

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