摘 要： 介紹了一種DDS專用芯片AD9835，并利用該芯片設(shè)計(jì)了一種高頻率信號(hào)發(fā)生器，討論了DDS芯片的基本原理、應(yīng)用及其與計(jì)算機(jī)、單片機(jī)的接口。并對(duì)實(shí)際結(jié)果進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞： 頻率合成DDS 信號(hào)源 調(diào)制

高測(cè)量往往需采用高、高穩(wěn)定性、高分辨率的頻率信號(hào)源。采用多個(gè)鎖相環(huán)構(gòu)成的頻率合成器，電路復(fù)雜、價(jià)格昂貴，且信號(hào)建立時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)特性較差。近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的直接數(shù)字式頻率合成器(DDS)采用高速數(shù)字電路和高速D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有以往頻率合成器難以達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)，如頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短(＜20ns＝、頻率分辨率高(0.01Hz)、頻率穩(wěn)定度高(10-7至10-8)、輸出信號(hào)頻率和相位可快速程控切換等，因此可以很容易地對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字式調(diào)制。而且，由于DDS是數(shù)字化高密度集成電路產(chǎn)品，芯片體積小、功耗低，因此可以用DDS構(gòu)成高性能頻率合成信號(hào)源而取代傳統(tǒng)頻率信號(hào)源產(chǎn)品。
我們采用Analog公司的AD9835 DDS專用芯片設(shè)計(jì)了一種由單片機(jī)及計(jì)算機(jī)控制的合成信號(hào)源，主要技術(shù)指標(biāo)如下：
頻率范圍：0.1Hz～10MHz
頻率分辨率：0.1Hz
頻率穩(wěn)定度：1×10-7
輸出幅度：0～±10V可調(diào)
輸出波形：正弦波、方波(TTL電平)、PSK、FSK、掃頻本信號(hào)源有可以任意切換的兩種控制方法：一種是用PC機(jī)上的并口傳遞控制指令及參數(shù)，為此我們用VB編寫了Windows 9x操作系統(tǒng)下的控制界面，通過該程序可以非常容易地設(shè)定各種控制參數(shù)；另一種是用單片機(jī)控制，通過面板按鈕設(shè)定參數(shù)和選擇功能菜單，便于野外脫機(jī)使用。

DDS芯片AD9835原理框圖如圖2所示。

它有一個(gè)32位相位累加器，兩個(gè)32位頻率寄存器F0和F1(用于設(shè)定K值)，四個(gè)12位相位寄存器P0、P1、P2、P3。程控切換F0、F1時(shí)，可實(shí)現(xiàn)FSK和掃頻功能；程控切換P0、P1、P2、P3時(shí)，可實(shí)現(xiàn)相位PSK調(diào)制。余弦函數(shù)表儲(chǔ)存在ROM中。
32位相位累加器的輸出值截取高12位后與12位相位寄存器Pi值相加，構(gòu)成12位的相位地址，去尋址余弦ROM表。尋址得到的幅度值經(jīng)10位的高速D/A轉(zhuǎn)換后成為合成余弦信號(hào)。輸出信號(hào)S對(duì)所有DAC輸出噪聲N之比SNR主要與D/A的位數(shù)有關(guān)，即與數(shù)字量化噪聲有關(guān)。理論分析可知10位D/A的SNR可達(dá)60.2dB，AD公司資料給出的AD9835實(shí)際SNR優(yōu)于50dB。輸出信號(hào)總諧波分量畸變量與兩主號(hào)頻率之比m＝fmc/f有關(guān)，m值越大，諧波畸變?cè)叫?；m值較小時(shí)，諧波畸變較大。為消除m較小的諧波畸變，輸出端采用LC高階低通濾波器濾除高次諧波。本例中使用的是5階Butterworth低通濾波器，可以將50MHz以上的高次諧波降低至-60dB，完全滿足高信號(hào)源的要求。
圖3中引腳FSELECT、PSEL0、PSEL1是外加調(diào)制信號(hào)，可用于對(duì)DDS進(jìn)行直接位控調(diào)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字二值調(diào)頻(FSK)和數(shù)字四值調(diào)相(PSK)。引腳FSYNC、SCLK、SDATA用來(lái)對(duì)DDS進(jìn)行程控工作模式設(shè)定。數(shù)據(jù)傳輸方式為同步串行方式。圖3中，AD9835可以設(shè)定為SLEEP、RESET工作方式，在SLEEP工作方式下，功耗僅為1.75mW。

圖7為PSK相位跳變時(shí)的波形實(shí)測(cè)圖，相位跳變值為90度，從波形可以看出，相位跳變的瞬時(shí)性和準(zhǔn)確度非常好?？梢钥刂葡辔皇荄DS的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，也是其它頻率合成手段難以達(dá)到的。
圖8為合成器輸出頻率從頻率寄存器F0跳變到F1時(shí)的瞬態(tài)波形，波形銜接得非常好，中間沒有控制失調(diào)的過渡帶出現(xiàn)，這也是DDS的突出特點(diǎn)。

圖9為FSK調(diào)制波形。
DDS合成信號(hào)源具有高穩(wěn)定性、高、高分辨率、高速建立信號(hào)等突出優(yōu)點(diǎn)，是信號(hào)源發(fā)展的方向，在電子對(duì)抗、通訊與測(cè)量等許多方面都有重大的應(yīng)用價(jià)值。用DDS與PLD等芯片組合集成的專用ASIC信號(hào)源芯片、微型程控式任意波形信號(hào)源專用芯片也即將問世，這將是信號(hào)源技術(shù)的一大革命。利用砷化鎵及其它高速材料和技術(shù)，可以使DDS頻率進(jìn)一步向高端延伸，從而使其在軟件無(wú)線電方面具有重要的意義。