基于AD9851信號發生器的設計

摘要：基于直接數字頻率合成(DDS)原理，采用AD9851型DDS器件設計一個信號發生器，實現50 Hz～60 MHz范圍內的正弦波輸出。通過功率放大，在50Ω負載的情況下，該信號發生器在50 Hz～10 MHz范圍內輸出穩定正弦波，電壓峰峰值為0～5V±0．3V。
關鍵詞：DDS；直接數字頻率合成；AD9851；微處理器；C語言

0 引言
直接數字合成(Direct Digital Synthesis—DDS)是近年來新的電子技術。單片集成的DDS產品是一種可代替鎖相環的快速頻率合成器件。DDS是產生高精度、快速變換頻率、輸出波形失真小的優先選用技術。DDS以穩定度高的參考時鐘為參考源，通過精密的相位累加器和數字信號處理，通過高速D／A變換器產生所需的數字波形(通常是正弦波形)，這個數字波經過一個模擬濾波器后，得到最終的模擬信號波形。
DDS系統一個顯著的特點就是在數字處理器的控制下能夠精確而快速地處理頻率和相位。除此之外，DDS的固有特性還包括：相當好的頻率和相位分辨率(頻率的可控范圍達μHz級，相位控制小于0．09°)，能夠進行快速的信號變換(輸出DAC的轉換速率百萬次／秒)。

1 AD9851集成芯片簡介
AD9851是在AD9850的基礎上，做了一些改進以后生成的具有新功能的DDS芯片。AD9851相對于AD9850的內部結構，只是多了一個6倍參考時鐘倍乘器，當系統時鐘為180MHz時，在參考時鐘輸入端，只需輸入30 MHz的參考時鐘即可。AD9851是由數據輸入寄存器、頻率／相位寄存器、具有6倍參考時鐘倍乘器的DDS芯片、10位的模／數轉換器、內部高速比較器這幾個部分組成。其中具有6倍參考時鐘倍乘器的DDS芯片是由32位相位累加器、正弦函數功能查找表、D／A變換器以及低通濾波器集成到一起。這個高速DDS芯片時鐘頻率可達180MHz，輸出頻率可達70 MHz，分辨率為0．04Hz。
AD9851可以產生一個頻譜純凈、頻率和相位都可編程控制且穩定性很好的模擬正弦波，這個正弦波能夠直接作為基準信號源，或通過其內部高速比較器轉換成標準方波輸出，作為靈敏時鐘發生器來使用。
AD9851的各引腳功能如圖1所示。

D0～D7：8位數據輸入口，可給內部寄存器裝入40位控制數據。
PGND：6倍參考時鐘倍乘器地。
PVCC：6倍參考時鐘倍乘器電源。
W-CLK：字裝入信號，上升沿有效。
FQ-UD：頻率更新控制信號，時鐘上升沿確認輸入數據有效。
FREFCLOCK：外部參考時鐘輸入。
CMOS／TTL脈沖序列可直接或間接地加到6倍參考時鐘倍乘器上。在直接方式中，輸入頻率即是系統時鐘；在6倍參考時鐘倍乘器方式，系統時鐘為倍乘器輸出。
AGND：模擬地。
AVDD：模擬電源(+5 V)。
DGND：數字地。
DVDD：數字電源(+5 V)。
RSET、DAC：外部復位連接端。
VOUTN：內部比較器負向輸出端。
VOUTP：內部比較器正向輸出端。
VINN：內部比較器的負向輸入端。
VINP：內部比較器的正向輸入端。
DACBP：DAC旁路連接端。
IOUTB：“互補”DAC輸出。
IOUT：內部DAC輸出端。
RESET：復位端。低電平清除DDS累加器和相位延遲器為0 Hz和0相位，同時置數據輸入為串行模式以及禁止6倍參考時鐘倍乘器工作。