基于AD9951鍵控信號(hào)源設(shè)計(jì)

直接數(shù)字頻率合成(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)技術(shù)，是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術(shù)，與傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)相比，它具有頻率分辨率高、頻率切換時(shí)間短、相位變化連續(xù)及相位噪聲低等突出優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用一塊DDS芯片AD9951，設(shè)計(jì)了一型高性能數(shù)字信號(hào)源。系統(tǒng)主要指標(biāo)：由按鍵設(shè)置輸出信號(hào)頻率，頻率范圍O．1kHz～80MHz，頻率分辨率為0．04Hz，頻率穩(wěn)定度為10-6，相位噪聲小于等于一120 dBc／Hz，由按鍵選擇輸出波形為三角波或方波或正弦波。

1 DDS基本原理
DDS基本原理如圖1所示。

DDS以數(shù)控振蕩器的方式產(chǎn)生頻率相位可控的正弦波，主要由系統(tǒng)時(shí)鐘fc、頻率控制寄存器、相位累加器、正弦查詢表、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、低通濾波器(LPF)組成。頻率控制寄存器可以串行或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；而相位累加器根據(jù)頻率控制碼在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行相位累加，得到一個(gè)相位值；正弦查詢表則對(duì)該相位值計(jì)算數(shù)字化正弦波幅度(芯片一般通過(guò)查表得到)。DDS芯片輸出的一般是數(shù)字化的正弦波，因此還需經(jīng)過(guò)高速D／A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器能得到一個(gè)可用的模擬頻率信號(hào)。DDS輸出信號(hào)的頻率fo是系統(tǒng)時(shí)鐘fc，頻率轉(zhuǎn)換字FTW，以及相位累加器的位數(shù)N的函數(shù)。
fo=(fc×FTW)／2N
當(dāng)FTW=1時(shí)，系統(tǒng)輸出頻率即為頻率分辨率△f=fs／2N，通常DDS的相位累加器位數(shù)N都取得很大(32～48)，因此可以得到很高的頻率分辨率。DDS最大輸出頻率為fc／2。

2 AD9951芯片的主要功能特點(diǎn)
AD9951是Analog Device公司2003年推出的一款高性能DDS芯片，具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能，最高400 MHz內(nèi)部工作頻率，因此可以輸出最高頻率200 MHz的信號(hào)，內(nèi)置14位高速DAC，32位頻率控制字，相位噪音小于等于120 dBc／Hz@1 kHz，串行I／O控制，1．8V低電壓供電，支持常用的5V邏輯電平，支持時(shí)鐘倍頻模式(4倍頻至20倍頻可編程設(shè)置)，支持內(nèi)部振蕩器與外接振蕩器兩種模式，具有相位調(diào)制能力。AD8851內(nèi)部原理框圖如圖2所示。

AD9951具有6個(gè)寄存器：0x00控制寄存器1(CFRl，4個(gè)字節(jié))，Ox01控制寄存器2(CFR2，3個(gè)字節(jié))，Ox02振幅比例因子(ASF，2個(gè)字節(jié))，0x03振幅斜率(ARR，1個(gè)字節(jié))，0x04頻率控制字(FTW，4個(gè)字節(jié))，0x05相位偏移字(POW，2個(gè)字節(jié))。