基于DDS的調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真

　　引言

　　DDS(直接數(shù)字頻率合成器)具有相位變換連續(xù)、頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率分辨率高、相位噪聲低、頻率穩(wěn)定度高、集成度高、易于控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中占有重要地位，被廣泛應(yīng)用于信號(hào)發(fā)生器、雷達(dá)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。MCU(微控制器)具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和控制能力，片上外圍設(shè)備豐富，精度高，功耗低，在電子設(shè)備上有廣泛的應(yīng)用。本文介紹一種基于ADI公司的雙通道DDS芯片AD9958產(chǎn)生高質(zhì)量調(diào)頻信號(hào)的數(shù)字調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法，該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的調(diào)頻信號(hào)覆蓋頻率范圍廣，載波頻率和頻偏數(shù)字可調(diào)，調(diào)頻波形頻率準(zhǔn)確度高，且成本較低、可靠性高。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

　　調(diào)頻(FM)體制用已調(diào)信號(hào)頻率的變化承載信息。調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率等于載波頻率加上一個(gè)正比于調(diào)制信號(hào)的時(shí)變頻率。

　　調(diào)頻波的表達(dá)式為：

　　其瞬時(shí)角頻率為：

　　其中ω0 固定角頻率(載頻); 為比例常數(shù)(調(diào)制常數(shù))，代表調(diào)制器的靈敏度[1]。

　　DDS輸出的信號(hào)頻率可以由下式給定：

　　其中：為參考時(shí)鐘， 為信號(hào)頻率分辨率，為輸出信號(hào)頻率， 為頻率控制字， 為相位累加器的位數(shù)?？梢?，可以通過(guò)設(shè)定相位累加器的位數(shù)、頻率控制字和系統(tǒng)參考時(shí)鐘的值，就可以產(chǎn)生任意信號(hào)頻率的輸出[2]。

　　可以看出，當(dāng) 時(shí)，可得DDS的最低輸出頻率即此DDS的頻率分辨率為：

　　利用DDS實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，就是要使信號(hào)合成器輸出信號(hào)的頻率隨著調(diào)制信號(hào)的幅度大小線性變化，瞬時(shí)頻率的變化可以轉(zhuǎn)化為對(duì)頻率控制字的改變的控制[3]。假設(shè)調(diào)制信號(hào)經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換為B位數(shù)字信號(hào)，為滿足調(diào)制頻偏要求，需在MCU內(nèi)與一可調(diào)的調(diào)制常數(shù)相乘，乘積作為調(diào)制信號(hào)的頻率控制字;再假設(shè)載波頻率控制字為 ，則調(diào)頻波的頻率控制字為：

　　代入(1)式得調(diào)頻波信號(hào)的瞬時(shí)頻率序列：

　　考慮到相位累加器的積分器作用，假設(shè)波形存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的為余弦波，則DDS輸出的調(diào)頻信號(hào)序列為：

　　再將調(diào)頻信號(hào)序列 通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器和低通濾波器后，得到的模擬信號(hào)就是直接數(shù)字合成的調(diào)頻信號(hào)。

　　硬件實(shí)現(xiàn)

　　由于采用全數(shù)字結(jié)構(gòu)，DDS輸出信號(hào)的頻帶受器件水平的限制，一般在幾百兆以內(nèi)。在本系統(tǒng)中，為了達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的100 ~ 400MHz的調(diào)制頻段要求，綜合考慮DDS芯片的技術(shù)水平以及成本問(wèn)題，我們采用雙通道DDS與混頻器相結(jié)合的方案來(lái)提高調(diào)頻信號(hào)的工作頻段，這樣每個(gè)通道的最大輸出頻率只需達(dá)到200MHz。向雙通道DDS的兩個(gè)通道送入相同的調(diào)頻波頻率控制字，則兩個(gè)通道DDS-1和DDS-2產(chǎn)生完全同步的載波為的調(diào)頻信號(hào)序列，再將調(diào)頻信號(hào)序列分別通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器后混頻，去掉直流成分，得到的模擬信號(hào)就是載波頻率為的調(diào)頻信號(hào)。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)原理如圖1所示 。