構(gòu)成信號(hào)發(fā)生器的DDS和變換器

　　許多設(shè)備需要使用能產(chǎn)生高性能、高分辯率信號(hào)的低頻信號(hào)發(fā)生器。本實(shí)例提供一種能產(chǎn)生0~1MHz頻率的電路。你利用這種電路就可產(chǎn)生正弦波、三角波和方波，并能達(dá)到優(yōu)于0.1Hz的頻率分辨率和優(yōu)于0.1○ 的相位分辨率，從而就可以給精確的相干頻率編程。這一特點(diǎn)對(duì)于數(shù)字調(diào)制設(shè)備和頻率調(diào)諧設(shè)備來(lái)說(shuō)都是很有用的。該電路使用ADμC381和AD9834來(lái)產(chǎn)生所需的頻率（圖1）。利用PC或基于Unix的工作站來(lái)給微控制器ADμC381編程，然后再通過(guò)微控制器，利用一個(gè)三線串行接口來(lái)對(duì)AD9834編程。接口的字長(zhǎng)為16位。
　　對(duì)AD9834編程，為的是利用這種DDS（直接數(shù)字合成）體系結(jié)構(gòu)來(lái)提供正弦波、三角波和方波三種輸出信號(hào)。AD9834芯片利用片上28位相位累加器、正弦系數(shù)ROM和一個(gè)10位D/A轉(zhuǎn)換器，可起到NCO（數(shù)控振蕩器）的作用。通常考慮的振幅形式為A(t)=Sin(ωt)的正弦波。這種正弦波的振幅是非線性的，因此難以產(chǎn)生。另一方面，正弦波角信息則完全是線性的，也就是說(shuō)，相位角在每個(gè)單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度是固定不變的。已知正弦波的相位是線性的，又已知基準(zhǔn)間隔（時(shí)鐘周期），就可以確定時(shí)鐘周期內(nèi)的相位旋轉(zhuǎn)量：Δ_相位=ωdt；ω=Δ_相位/dt=2πf，f=(Δ_相位×f_MCLK)/(2π)，式中，dt=1/f_MCLK，f_MCLK為主時(shí)鐘頻率。
　　你只要知道相位和主時(shí)鐘頻率，就能利用上述這一公式產(chǎn)生各種輸出頻率。相位累加器提供28位線性相位。輸出正弦波的振幅系數(shù)存儲(chǔ)在正弦系數(shù)ROM中。DAC將正弦波變換成模擬域。如果對(duì)ROM旁路，則AD9834就可輸出三角波形，而不是輸出正弦波形。AD9834也可輸出方波波形。圖2示出了該電路輸出的各種波形。如圖1所示，I_OUT引腳（即引腳19）可輸出正弦/三角波形，SIGN_BIT_OUT引腳（即引腳16）可輸出方波。你只要給頻率寄存器寫(xiě)入信息，就可對(duì)DDS編程，于是AD9834的模擬輸出為：f_OUT=f_MCLK/288×(頻率寄存器字)。

　　DDS的輸出信號(hào)具有28位分辨率，所以可達(dá)到0.1Hz的有效頻率步長(zhǎng)，最大可能達(dá)到大約1MHz。圖2示出了三種典型波形輸出。要用2個(gè)相位寄存器才能達(dá)到12位相位分辨率。這兩個(gè)相位寄存器可使信號(hào)發(fā)生如下相移：相移=2π/4096×(相位寄存器字)。
　　50MHz晶體振蕩器為DDS提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。DDS的輸出級(jí)是一個(gè)以外部電阻為負(fù)載的電流輸出DAC。一個(gè)200Ω的電阻可產(chǎn)生所需的峰-峰電壓范圍。DDS的輸出端是通過(guò)電容器C₁實(shí)現(xiàn)交流耦合的。這種Micro Converter內(nèi)含兩個(gè)片上12位DAC。DAC₁通過(guò)R₅改變電流，從而可通過(guò)FSADJUST引腳調(diào)整DDS的滿(mǎn)刻度電流。控制DDS DAC滿(mǎn)刻度電流的公式是：I_OUT(滿(mǎn)刻度)=18×I×R₅。DAC、Micro Converter的內(nèi)部基準(zhǔn)和運(yùn)放2用來(lái)對(duì)DDS的輸出電壓進(jìn)行失調(diào)控制。你可對(duì)達(dá)到±10V的這一直流失調(diào)電壓進(jìn)行編程，分辨率為10位。當(dāng)R₁=R₂，運(yùn)放2的增益為8時(shí)，運(yùn)放2的輸出為：V_OUT=[DAC輸出 - (V_REF/2)]×8，從而可獲得±10V的失調(diào)范圍。

　　電阻器R6 ~ R9用來(lái)控制運(yùn)放3的增益。運(yùn)放3的增益視上述電阻的接入與斷開(kāi)情況而定，而上述電阻的接入與斷開(kāi)則是利用Micro Converter上的R_DRIVE引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這一操作可使可編程有效輸出振幅達(dá)到±10Vp-p。因此，該電路可輸出編程的正弦波和三角波，其中包含直流失調(diào)電壓，并能設(shè)定大約±10V的峰-峰振幅。SIGN-BIT-OUT引腳上的方波輸出信號(hào)具有0~5V的振幅。低頻工作時(shí)，低通濾波器通常用來(lái)濾除基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率、寄生信號(hào)和其他鏡像信號(hào)。 對(duì)于輸出信號(hào)需要放大的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，你應(yīng)在增益級(jí)之前使用窄帶濾波器濾除不希望有的噪聲。一個(gè)三階濾波器足以濾除大多數(shù)這種無(wú)用噪聲。圖3示出了輸出信號(hào)的典型頻譜圖。該電路應(yīng)用范圍很廣，從信號(hào)波形產(chǎn)生到數(shù)字調(diào)制，不一而足。你可將該電路用于掃描設(shè)備以及將頻率作為激勵(lì)信號(hào)來(lái)確定電路諧振的諧振設(shè)備。另一種應(yīng)用是用作DLL系統(tǒng)的基準(zhǔn)振蕩器。