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(guān)鍵技術(shù),，廣泛應(yīng)用于電信與電子儀器領(lǐng)域DDS通常是在CPLD或FPGA內(nèi)設(shè)置邏輯電路實現(xiàn)的,，但由于DDS輸出受到D／A轉(zhuǎn)換器的速率及D／A轉(zhuǎn)換后I／V轉(zhuǎn)換中運放的帶寬增益和響應(yīng)時間的限制,，CPLD和FPGA內(nèi)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(shè)計方案,。

　　2 AD9851簡介

　　AD9851是ADI公司采用先進CMOS技術(shù)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(nèi)部頻率累加器和相位累加器相互獨立，32位調(diào)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(shè)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(nèi)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(nèi)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(nèi)部集成高速DDS和10 bit高速A／D轉(zhuǎn)換器,，故無需D／A轉(zhuǎn)換和I／V，轉(zhuǎn)換等容易影響DDS輸出的單元,。

　　3 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

　　圖1為系統(tǒng)設(shè)計框圖。為了產(chǎn)生調(diào)制信號,，需要在FPGA內(nèi)部實現(xiàn)低頻段的DDS模塊以產(chǎn)生正弦波(模擬調(diào)制AM和FM)和二進制基帶碼(數(shù)字調(diào)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(gòu)成，ASK調(diào)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(guān),，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(shè)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(nèi)部狀態(tài)機實現(xiàn)。該系統(tǒng)設(shè)置的FM調(diào)制分為兩級最大頻偏：5 kHz和10 kHz,，而PSK調(diào)制信號由改變相位控制字實現(xiàn),。控制字及理論值計算如下：低頻段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(yīng)頻率控制字32’hFFFFFFFF(十六進制)，故1 Hz對應(yīng)28．633 1(十進制),。其調(diào)制方式選擇和參數(shù)設(shè)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(nèi)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(shè)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(shè)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(diào)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(shè)計

　　圖4為系統(tǒng)軟件設(shè)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(jié)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(diào),，同時可輸出各種常用調(diào)制信號，并具有即時頻率轉(zhuǎn)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(lǐng)域用作信號源。