陶娟娟 龔澍

摘 要：利用直接數字頻率合成技術設計信號發(fā)生器，輸出的信號頻率分辨率高、相位信息連續(xù)、頻率轉換的時間短、可靠性高等優(yōu)點。系統(tǒng)以單片機和DDS芯片為核心，采用高性能的單片機實現整個電路的控制。本文介紹了DDS的典型結構，根據需求選擇性價比較高的DDS芯片AD9852。最后給出DDS信號源設計的結構圖。本系統(tǒng)通過軟件編程和較少的輔助電路實現信號發(fā)生器的功能。

關鍵詞：直接數字頻率合成技術 單片機 DDS芯片

中圖分類號：TM935 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（a）-00-02

信號發(fā)生器又稱信號源，是一種能提供各種頻率和幅度波形電信號的設備。在現代生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。隨著科技的發(fā)展，在電子測量和通信儀表等領域往往需要高精度高穩(wěn)定性的信號源。目前，頻率合成器已經走向數字化和智能化，技術指標越來越高，被廣泛應用于現代電子系統(tǒng)中。早期發(fā)展的直接頻率合成技術是通過對高穩(wěn)定的基準頻率進行分頻、混頻、倍頻等最終產生所需要的頻率，但是該方法缺點是結構比較復雜，不容易大規(guī)模集成[1]。到了20世紀50年代，出現了鎖相式頻率合成技術，并很快得到廣泛的應用[2]，但輸出頻率受VCO可變頻率范圍的影響，而且鎖相環(huán)具有鎖定時間，所以頻率轉換速度相對比較慢。近年來發(fā)展起來的直接數字頻率合成技術（DDS），應用比較廣泛，它是一種全數字頻率合成技術，直接從數字域出發(fā)基于查找表最終合成所需的頻率[3]。DDS輸出信號的頻率分辨率高、相對帶寬較寬、相位信息連續(xù)、轉換的時間短、便于集成且可靠性高[4，5]。

1 典型DDS結構

DDS作為一種新的頻率合成技術，它直接利用信號的相位信息來合成所需的波形。圖1是DDS典型的系統(tǒng)結構框圖，整個系統(tǒng)包含相位累加器（Phase Accumulator）、D/A轉換器（Digital-to-Analog Converter）、波形存儲器（Waveform Memory）、低通濾波器（Low-Pass Filter）以及參考時鐘（Reference Clock）這幾部分[6]。

在統(tǒng)一的參考時鐘控制下，在相位累加器中利用數字方式對相位信息進行累加，從相位累加器輸出信號信息的相位序列，同時輸入波形存儲器作為其查詢地址，通過內部的查找表查詢出二進制編碼，于是得到信號相應的波形幅度值。由波形存儲器輸出的波形幅度值經過D/A轉換器進行轉換后，就將數字量轉換為模擬量，即信號所對應的正弦數字量信息就轉換成了所需頻率的模擬信號。經過D/A轉換器輸出的包絡為階梯狀的正弦波信號經過低通濾波器濾波后，輸出所需頻率的波形信號。

2 DDS芯片

由于基于直接數字頻率合成技術的信號源具有頻率穩(wěn)定度和準確度高并且速度快的特點，我們考慮基于DDS技術的信號源設計。目前DDS芯片性能優(yōu)越，款式多，功能強大，被廣泛應用于通信、儀表儀器等很多領域中。在選擇DDS芯片型號上需結合系統(tǒng)需求綜合考慮各芯片的性能指標。經調研，ADI公司推出的DDS系列產品應用廣泛，且性價比較高。ADI的DDS系列芯片內部都集成了DDS核心結構：相位累加器、波形存儲器和D/A轉換器等，作為完整的DDS可獨立完成DDS的基本功能。

以ADI公司生產的認知度較高的一款DDS芯片AD9852（ASVZ）為例介紹[7]，在單片機的控制下，AD9852利用內部集成的DDS技術可以產生頻率、幅度以及相位可編程的正弦波信號，AD9852有5種工作模式，可以實現單頻、線性掃頻以及跳頻等功能。AD9852的輸出頻率f0、頻率控制字FTW以及參考時鐘頻率fc的存在關系：FTW= （f0×248）/fc。AD9852最高系統(tǒng)時鐘為300MHz，輸出頻率可達DC-120MHz，頻率分辨率量級可達1?Hz。

3 DDS信號源總體結構圖

圖2是DDS信號源總體結構圖，主要包含電源、單片機、參考時鐘、DDS芯片等這幾個部分。

系統(tǒng)采用高性能的單片機對高性能的、可編程的DDS芯片等整個電路的控制。DDS信號源可以采用外部接入高穩(wěn)定性的參考時鐘作為參考源，最后DDS芯片輸出端經過低通濾波器直接得到所需的波形。

參考文獻

[1] 林靜宜.基于DDS的多模式信號發(fā)生器的設計與實現[D].華中科技大學，2007.

[2] 何其波.低相噪PLL頻率合成器的研制[D].華中科技大學，2013.

[3] J. Tierney， C. M. Rader，B. Gold. A digital frequency synthesizer[J].Audio and Electroacoustics，1971，19（1）： 48.

[4] Caro D D ， Strollo A G M . High-performance direct digital frequency synthesizers using piecewise-polynomial approximation[J]. IEEE Transactions on Circuits & Systems I Regular Papers，2005，52（2）：324-337.

[5] 臧蕓妍.VHF頻段DDS頻率合成器的雜散抑制策略[J]. 現代電子技術，2013（7）：76-79.

[6] Peng C Y ， Ma X C ， Yan S F ， et al. Generation of linear frequency modulation signal with reduced round-off error using pulse-output direct digital synthesis technique[J].Review of Scientific Instruments， 2014， 85（2）：025106.

[7] AD9852 Datashee[Z].Analog Devices Inc.， 2004.