基于 AD9833 的高精度可编程波形发生器系统设计 来源:国外电子元器件 1 引言 频率合成器在通信、雷达和导航等设备中既是发射机的激励信号源,又是接 收机的 本地振荡器;在电子对抗设备中可作为干扰信号发生器; 在测试设备中则 作为标准 信号源。因此频率合成器被称为许多电子系统的“心脏”。而设计高精 度,易于操作 的频率合成器则是核心,因此,这里提出了一种基于 DDS AD9833 的高精度波形发生器系统解决方案。用户可直接编辑设置所需的波形频率和峰峰 值等 信息,利用串口将配置信息发送到电路板, 实时控制波形。该系统设计已成 功应用于某型雷达测速仪测试设备。 2 AD9833 简介 AD9833 是 ADI 公司的一款低功耗、DDS 器件,能够输出正弦波、三角波、方 波。AD9833 无需外接元件,输出频率和相位可通过软件编程设置,易于调节。 其频 率寄存器为 28 位,主频时钟为 25 MHz 时,其精度为 0. 1 Hz;主频时钟为 l MHz 时 ?精度可达 0. 004 Hzt2。 AD9833 内部有 5 个可编程寄存器:1 个 16 位控制寄存器,用于设置器件_T 作模 式;2 个 28 位频率寄存器和 2 个 12 位相位寄存器,分别用于设置器件输出 正弦波的 频率和相位。AD9833 有 3 根串行接口线,可与 SP,QSPI MICRO-WIRE 和 DSP 接 口标准相兼容。在串口时钟 SCLK 勺作用下,数据是以 16 位方式加载至 设备。 AD9833 的内部电路主要有数控振荡器(NCO)频率和相位调节器、Sin eROM D/A 转换器、电压调整器。AD9833 的核心是 28 位的相位累加器,它由加法器 和相位寄存 器组成,而相位寄存器是按每个时钟增加步长, 相位寄存器的输出与 相位控制字相加后输入到正弦查询表地址中。正弦查询表包含 1 个周期正弦波的 数字 幅值信息,每个地址对应正弦波中 O。?360°内的 1 个相位点。查询表把 输入的地 址相位信息映射成正弦波幅值的数字量信号,驱动 D/A 转换器输出模 拟量。 输出正弦波频率为: FREQREG/叔笋 式中:FREQRE 为频率控制字,由频率寄存器 FREQORE 或 FREQIREG 勺值给定, 其范围为 0W M<228 一 1。fMCLK 为参考时钟频率。 输出正弦波的相位为 2n/4 096xPHASERE,其中 PHASEREGI 所选相位寄存 器的 值。输出正弦波的峰峰值固定?约 600 mV,且正弦波不是标准正弦波,即 波谷是 0 V,而不是负电压。因此,输出正弦波为: Voui=K[\ +sin(2ir(FREQRES&ggPHASEREG1211))] 式中:K 约 600 mV,与器件内部参考电压有关 3 系统设计 图 1 为基于 PC 控制的高精度波形发生器系统框图。由于晶体振荡器将直接影 响频 率稳定度和频率波动,因此,米用电压型控制晶体振荡器,其频率稳定度呙 达+20 ppm, 温度补偿晶体振荡器可达土 1~+20 ppm,恒温箱晶体振荡器和数字 补偿晶体振荡器小 于土 I ppm。考虑性能和成本因素,采用温度补偿型控制晶体 振荡器。 i.^L r—-O^LZHEXLH 隔 削半转挟 mr 时钟令配 ■ 1 厂米.器 <4 艹彳敢丁屯仪审 血 弗 ***** 图 I 秋十耳控制疝币度波形发 1 器戦阿 模拟多选器采用 ADI 公司的 ADG704.该多选器具有 4 个输入端,1 个输 出端。 利用 2 个电平信号组合进行选择,方便与处理器 I/O 端口连接。3 个输 人信号分别是 DDS、DDS2 的输出信号,以及这两者输出信号相叠加后的输出信 号。模拟多选器输出 这 3 个输入信号的其中之一。通过 MCU 可控制模拟多选器 选择 3 个信号的输出。 为了控制输出正弦波峰峰值,引入数字电位器,实现对输出信号的分压,通 过调节数 字电位器抽头位置.改变抽头电压值。采用 ADI 公司的 AD5160 型数字 电位器,该电位器具有 256 抽头,SPI 接口,便于与处理器相连接,其连接图如 图 2 所 示。 IpF^ | MCLU i U 3 彳L0?P 2 VOL) \' 闻 * asm ? 泌-2 IVfjF MJN 6 M051 1 U6 UMHM I IT WD 汕D