基于AD9954的信号源设计与实现_杜占龙
基于AD9854的中频信号正交解调设计
赤 峰 学 院 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｆ ｅ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｍｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
信号中的同相和正交两个分量 ， 根据 ｘ 、 ｘ ， 通过 Ａ ／ Ｄ采样转换为数字信号 ｘ （ ｎ ） 、 ｘ Ｑ （ ｎ ） ， 就可以对各种
本 文 在模 拟 域对 中频 信号 利 用 正交 基 带 变 换
原理进行正交解调 ， 其 目的是去掉调制信号 中的载 频， 将信号变到零 中频ｆ 基带） ． 中频信号通过带通滤 波器后分成两路信号分别进行处理． 本振信号也分 成两路 ， 对其中一路进行 ９ ０度相移 ， 得到与另一路
７ ０ ＭＨｚ 信号 ， 通过 Ａ Ｄ６ ０ ３为 单元 的程 控 衰减 电路 ， 调 整幅度 ， 为 中频 信 号正 交 解调 提 供 两路 正 交信 号． 并
且 可 以基 于 Ｆ Ｐ ＧＡ芯 片通过 Ｖ ＨＤＬ设 计科斯 塔斯 （ ｃ ｏ ｓ ｔ ； ａ ｓ ） 锁 相环 对信 号进 行载 波跟踪 ． ．
环节 ， 以及 通过 进一 步处 理与变 换 而获 取 目标 的有 关特 征 ，并 对 目标进 行识 别 或 分类 的处理 基础 ． 宽 带 雷达 的直 接解 调 沿 用 了窄 带 雷达 直 接 解调 的处
一
．
ｎ ｎ ｃ Ｉ
Ｄ
Ｉ
， Ｃ １
图 １ 正 交解 调 实 现 模 型
个载频的实调制信号可以表示为 ：
ｘ （ Ｉ ） ＝ ａ （ １ ） ｃ ｏ ｓ （ Ｏ ） ｃ ｔ ＋ ￣ （ ｔ ） ）
基于AD9954的多模式调制器的设计
基于AD9954的多模式调制器的设计软件无线电是近年来提出的一种新的无线通信体系结构。
它最初起源于军事通信，是以开放的、可扩展的、结构最简的硬件为通用平台，把尽可能多的功能用可升级、可替换的软件来实现。
软件无线电的出现大大减小了硬件对通信系统的束缚，通过加载软件就可以实现各种无线通信功能。
如何产生多种调制信号，一直是大家讨论和关注的热点。
本文提出的方案就是基于超高速、先进DDSDDS技术的数字中频处理技术的方法，利用美AD公司推出的AD9954AD9954构建一个硬件平台，结合相应的数字处理软件和控制软件，获得多种调制信号。
一方面由于体积变小，使用起来很方便，另一方面也大大降低了成本。
1 DDS的原理介绍直接数字频率合成器DDS是近年来发展起来的一种新的基于查找表的频率合成技术。
典型的DDS 由相位累加器、ROM波形存储表、D／A转换器(Digital-to-AnalogConverter，DAC)和低通滤波器(LoW Passed Filter，LPF)组成，。
相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。
每来一个时钟脉冲fs，加法器将频率控制字FTW与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。
累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。
这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。
由此可以看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，把频率控制字累加1次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。
用相位累加器输出的数据作为波形存储(ROM)的相位取样地址，这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值(二进制编码)经查找表查出，完成相位到幅值转换。
波形存储器的输出送到D／A转换器，D／A转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。
基于AD9959的四通道高频信号源研制
基于AD9959的四通道高频信号源研制张珂;俞国华【摘要】A four-channel high frequency amplitude-stable signal generator based on digital direct frequency synthesis (DDS) chip was designed. Each channel can output sine wave signal from 1 Hz~200 MHz individually, amplitude range 1 mVpp~4 Vpp, harmonic distortion≤ 5% < and the phase between two channels can be set separately. Primary function of DDS chip AD9959, the signal processing circuit and EMC design of the PCB board is introduced. Key technology indexes, including the range of frequency, amplitude and phase adjustment can meet the design requirements through practice test.%设计了一种以直接数字频率合成(DDS)芯片为核心的四通道高频信号源,每通道均可独立输出1 Hz～200 MHz的高频正弦波信号,输出幅度范围为1 mVpp～4 Vpp,谐波失真小于等于5％,且通道之间相位均独立可调.介绍了AD9959芯片的主要功能,给出了信号处理电路的设计及PCB 板的电磁兼容设计.信号源经实际测试,输出频率范围、输出幅度范围和通道间相位调节等技术指标均达到设计要求.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)007【总页数】4页(P187-189,194)【关键词】AD9959;信号处理;电磁兼容;高频信号源【作者】张珂;俞国华【作者单位】中国计量学院工程训练中心,浙江杭州310018;中国计量学院工程训练中心,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TN741-340 引言信号发生器是科学实验、工业生产等各个领域必不可少的电子仪器，目前，常用的信号发生技术主要有：基于模拟电子技术、锁相频率合成、直接频率合成和直接数字频率合成(DDS)等几种。
高性能DDS芯片AD9954及其应用
高性能DDS芯片AD9954及其应用高性能DDS芯片AD9954及其应用摘要：AD9954是美国AD公司采用先进的DDS技术生产的高集成度频率合成器，它能产生200MHz的模拟正弦波。
文章介绍了AD9954的基本特点和引脚功能，分析了其内部结构和工作原理，给出了AD9954在高速调制信号系统中的应用方案。
关键词：AD9954 串行操作 RAM 高速调制1 概述AD9954是采用先进的DDS技术开发的高集成度DDS器件。
它内置高速、高性能D/A转换器及超高速比较器，可用为数字编程控制的频率合成器，能产生200MHz的模拟正弦波。
AD9954内含1024×32静态RAM，利用该RAM可实现高速调制，并支持几种扫频模式。
AD9954可提供自定义的线性扫频操作模式，通过AD9954的串行I/O口输入控制字可实现快速变频且具有良好的频率分辨率。
其应用范围包括灵敏频率合成器、可编程时钟发生器、雷达和扫描系统的FM调制源以及测试和测量装置等。
AD9954的内部结构如图1所示，其主要特性如下：●内置400MSPS时钟；●内含14位DAC；●相位、幅度可编程；●有32位频率转换字；●可用串行I/O控制；●内置超高速模拟比较器；●可自动线性和非线性扫频；●内部集成有1024×32位RAM；●采用1.8V电源供电；●可4～20倍倍频；●支持大多数数字输入中的5V输入电平；●可实现多片同步。
图12 引脚说明AD9954采用48脚TQFP/EP封装，其引脚排列发图2所示，各引脚定义如下：I/O UPDATE：在该引脚的上升沿可把内部缓冲存储器中的内容送到I/O寄存器中。
引脚电平的建立和保持与SYNC-CLK输出信号有关；DGND和AGND：数字地与模拟地；OSC/REFCLK和OSC/REFCLK：参考时钟或振荡输入端：CYRSTAL OUT：振荡器输出端；CLKMODESELECT：振荡器控制端，为1时使能振荡器，为0时不使能振荡器；LOOP_FILTER：该引脚应与AVDD间串联一个1kΩ电阻和一个0.1μF电容；IOUT和IOUT：DAC输出端，使用时应接一个上接电阻；DACBP：DAC去耦端，使用时应接一个0.01μF的旁路电容；DAC_RSET：DAC复位端，使用时应通过一个3.92kΩ的电阻接至AGND端；COMP_OUT：比较器输出端，可以输出方波或脉冲信号；COMP_IN和COMP_IN：比较器输入端；PWRDWNCTL：外部电源掉电控制输入引脚；(范文先生网收集整理)RESET：芯片复位端；IOSYNC：异步串行端口控制复位引脚；为1时，当前I/O操作立即停止；为0时开始新的I/O操作；不用时，此引脚必须接地；SDO：采用3线串口操作时，SDO为串行数据输出端。
基于AD9954的多模式信号源电路的设计与实现
基于AD9954的多模式信号源电路的设计与实现刘明成;郭建敏;古悦悦【摘要】设计了一种由AVR单片机ATmega16L控制AD9954实现的程控信号源电路,给出单音频、RAM控制和线性扫频3种模式下AD9954输出信号的调控方法.此设计可以方便地实现对信号源电路输出频率、相位和工作模式的控制,使信号源电路能输出高稳定度、高分辨率的信号.【期刊名称】《天津师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(032)004【总页数】4页(P37-40)【关键词】AD9954;静态RAM;线性扫频;多模式;信号调制【作者】刘明成;郭建敏;古悦悦【作者单位】天津师范大学物理与电子信息学院,天津300387;天津师范大学物理与电子信息学院,天津300387;天津师范大学物理与电子信息学院,天津300387【正文语种】中文【中图分类】TN742.1直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis，DDS）技术是20世纪70年代提出的一种采用全数字技术的新型频率合成方法.与传统直接频率合成（Direct Synthesis，DS）、锁相环（Phase Lock Loop，PLL）间接频率合成、分数－N 锁相环（Fractonar－N Phase Lock Loop，FNPLL）合成和PSG单环路合成技术相比，DDS技术具有频率切换时间极短、频率分辨率高、相位连续、相位噪声低和易于控制等诸多优点[1].因此，目前许多设备和系统都采用此技术，特别是在现代民用无线通信系统、雷达及现代化仪器仪表等多个领域中，作为通信系统中必不可少的信号发生器越来越多地采用了该技术.由美国AD公司生产的AD9954是一种采用先进DDS技术的高集成度频率合成器，它内置高速D／A转换器和超高速比较器，可作为数字编程控制的频率合成器[2]，产生约200MHz的模拟正弦波.AD9954内含1 024×32静态RAM（SRAM），利用该RAM可实现高速调制，支持几种扫频模式，并可提供自定义的线性扫频操作模式，通过AD9954的串行I／O口输入控制字实现快速变频，且具有良好的频率分辨率.AD9954具有频率分辨率高、快速且连续的变频能力，因而广泛应用于数字调制系统的设计中.以AD9954为核心，辅以单片机为控制器可以设计出容易扩展、稳定性好的信号平台，以DDS技术为背景的信号源电路必将逐步成为新一代信号源的主流.本研究基于AD9954，给出多模式信号源的硬件实现电路和几种模式的具体调制信号.1 硬件电路设计电路设计应用ATMEL公司研发的精简指令集计算机（Reduced InstructionSet Computer，RISC）的高速8位单片机ATmega16L对AD9954进行控制，如图1所示.AD9954的数据输入方式是串行数据传送方式，即在电路设计中，采用串行数据传输方式将各种控制字（数据）输送到AD9954的内部控制寄存器.图1 ATmega16L控制AD9954的电路设计图Fig.1 Circuit design ofAD9954controlled by ATmega16L由于 ATmega16L的工作电压为3.3V，AD9954的模拟电源电压和数字电源电压均为1.8V，两者的引脚不可直接相连，因此，AT－mega16L与AD9954之间的数据信号传输需要通过SN54LVTH162245进行信号电平的转换[3].AD9954的数据输入端口可接收3.3V的电平信号，所以串口的几个引脚可用ATmega16L直接控制.2 单音模式的实现AD9954上电复位（RESET引脚置高电平1）后的默认模式为单音模式，在单音模式中正弦波的实现是在上电复位后，通过设置AD9954中CFR2（串行地址OX01）寄存器的参考时钟倍频数字来设定内部时钟频率，通过设置FTW0（串行地址OX04）的32位频率控制字实现波形频率值的设定[4]，通过设置CFR0（串行地址OX00）寄存器中CFR＜25、24＞和ASF寄存器（串行地址OX02）的低14位控制字实现波形的幅值控制，波形的频率可利用式（1）计算得到[3].式（1）中：M为频率控制字的位数；fM为频率控制字的值；fc为AD9954内部工作时钟频率.AD9954在单音模式下的正弦波形如图2所示.图2 AD9954的正弦波信号Fig.2 Sine signal of AD99543 AD9954几种调制信号的实现调制信号对干扰具有较强的抵抗作用，对相邻信道的信号干扰也较小，具有解调方便和易于集成等优点，因此数字调制信号系统广泛应用于现代通信设备和科研教学仪器中.3.1 AD9954扫频信号的实现AD9954线性扫频模式的实现首先需要将CFR0（串行地址OX00）寄存器中的线性扫频使能位 CFR＜21＞置高（1），在 FTW0（串行地址OX04）和FTW1（串行地址OX06）2个寄存器中设置不同的频率值[4]，再在 NLSCW（串行地址OX07）和PLSCW（串行地址OX08）2个寄存器中设置相应的升、降频率变化量（Δ，低32位）和扫频变化速率（高8位），而CFR0（串行地址OX00）寄存器中的CFR＜2＞（线性扫频无驻留位）可根据扫频模式要求加以选择.图3为CFR＜2＞置1、PS＜0＞引脚输入由ATmega16L控制的模拟方波时得到的扫频模式波形图.图3 AD9954的扫频信号Fig.3 Sweep frequency signal of AD99543.2 AD9954频移键控（Frequency Shift Keying，FSK）信号的实现在AD9954的随机存储器（Random Access Memory，RAM）控制模式下，首先将CFR0（串行地址OX00）寄存器中的寄存器使能位CFR＜31＞置高（1），RAM控制模式下4个RSCW寄存器（串行地址OX07－0A）的RSCW＜5、6、7＞位可指示RAM操作的5种模式，即直接转换模式、上斜坡模式、双向斜变模式、连续双向斜变模式和连续循环模式[5].通过寄存器目标地址控制位CFR＜30＞控制RAM的输出为相位累加器或相位偏移加法器.在FSK模式时，将CFR＜30＞置0，4个RSCW寄存器（串行地址OX07－0A）中设置相应的SRAM（串行地址OX0B）的开始地址、终止地址和地址变化速率，并在SRAM（串行地址OX0B，1 024×32bits）[6－7]对应的寄存器单元中设置相应的频率值.图4和图5是RSCW＜5、6、7＞置000（直接转换模式）时，2种FSK模式信号波形，其中图4是CFR＜29、28、27＞设置为001时FSK模式信号的波形.图4 AD9954的FSK信号Fig.4 FSK signal of AD9954图5 是CFR＜29、28、27）设置为110时，4－tone FSK模式信号的波形.图5 AD9954的4－tone FSK信号Fig.5 4－tone FSK signal of AD99543.3 AD9954相移键控（Phase Shift Keying，PSK）信号的实现实现AD9954相移键控信号首先要将CFR0（串行地址OX00）寄存器中的CFR＜31＞（寄存器使能位）置1，再将CFR＜30＞置1，即将RAM的输出设置为相位偏移加法器，4个RSCW寄存器中的RSCW＜5、6、7＞置000，相应寄存器片段（RSCW）中开始地址、终止地址和地址变化速率的设置与FSK模式大致相同，但要注意相应SRAM地址中内容储存的是14位相位数值，即＜31、18＞位有效，其余位无效，波形的相位可由式（2）计算获得[8].式（2）中：N为相位控制字的位数，FN为相位控制字的值；图6是CFR＜29、28、27＞设置为001时双相相移键控（Binary Phase Shift Keying，BPSK）模式信号的波形.图6 AD9954的BPSK信号Fig.6 BPSK signal of AD9954图7 是CFR＜29、28、27＞设置为110时四相相移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）模式信号的波形.图7 AD9954的QPSK信号Fig.7 QPSK signal of AD99544 结论本研究利用ATmega16L对AD9954进行控制，构建硬件实现平台，利用AD9954可编程幅度、频率和相位的特点，结合相应的数据处理软件和控制软件，给出AD9954在高速调制信号系统中的应用方案.本设计信号源电路可以方便容易地获得调幅、扫频、FSK、PSK和跳频等多种调制信号，可广泛应用于数字频率捷变、可编程时钟信号发生器、卫星通信、雷达、测试和测量仪器仪表中，尤其适用于雷达线性调频信号源和自动雷达扫描系统.与传统方法相比，多模式信号源电路更适应当前科学技术的发展趋势，具有显著的优点和良好的应用价值.【相关文献】[1]袁雪莲，冯伟.基于AD9954信号发生器的设计[J].信息技术，2006（12）：144－146.[2]许加枫，刘抒珍，刘小红.高性能DDS芯片AD9954及其应用[J].国外电子元器件，2004（11）：23－26.[3]刘明成，刘瑞安.基于AD9852多模式信号的应用研究[J].天津师范大学学报：自然科学版，2011，31（4）：66－68.[4]赵艳朝，江修富，许斌，等.基于AD9954实现多种调制信号平台[J].国外电子测量技术，2006（6）：58－61.[5]潘启中，朱国荣，吕久明.基于超高速AD9954的多模式信号的实现[J].舰船电子工程，2007（3）：98－101.[6]刘柯，童子权，李德青.基于AD9954的双路高速调制信号源的设计[J].国外电子测量技术，2006（1）：48－50.[7]白宗文，张威虎，周美丽.一种基于DDS技术400MHz信号源的设计[J].微计算机信息，2007（23）：161－162.[8]刘明成，孙景瑞，武津城.基于DDS芯片的信号源应用设计[J].天津师范大学学报：自然科学版，2008，28（4）：66－68.。
基于AD9854的线性调频信号发生器的设计
在频率较高的情况下 ，信号噪声很大，影响信
号质 量，信号频率升高后，峰值会进一步下降 。 为此需要在 ＡＤ ９ ８ ５ ４发出信 号后进 行滤波，滤
２ Ａ Ｄ ９ ８ ５ ４ 芯 片简介与特点
ＡＤ９ ８ ５ ４数字 合成器是 高集 成度的器件 ， 它采 用先进 的 ＤＤＳ技 术，片 内整合 了两路高
波后电路进行放大，最后通过示波器显示输出
速、 高性 能正 交 Ｄ ／ Ａ转换 器通 过数 字化 编程
３线性 调频电路硬件设计
＜ ＜下转 １ ４ ２页
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ＆Ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ 电子技 术 与软 件工程 ・１ ４１
＝
２ ７ Ｐ Ｆ
工 ４ ７ Ｐ Ｆ
：
Ｉ ：
图２ ：４ ０ Ｍ低 通 滤 波 器
＋５ Ｖ ＧＮＤ
的测高性能和抗干扰 能力。要进一步提高这种 体 制雷达高度表 的性 能，当前解决方法只能是 提 高发射功率 。然而 ，大功 率脉冲 体制雷达容 易被敌方侦察和干扰 ，在 一定程度上会降低该 雷达 高度表的安全性 。 连续 波线 性调 频体 制 雷达 高度表 比脉 冲 体 制高度表具有更好 的性能。 目前，产生线性 调频信号有两种基本方 法，即模拟法和数字法 闭。模拟法是传统 的方法 ，又 可分 为有源 和无 源 两种方法 。有源法存在线性 调频信 号的载波 与基准信号相位不相参 的问题 ，并且振荡器长 期和 短期稳定度差 ，振荡频率 随温度变化会 有 漂移 ，相 位噪声性能亦不佳 。无源法产生 线性 调频 信号的方法难 以实现大的时宽和带宽 。 直 接 数字 频率 合成 是一 种产生 线 性调 频 信 号的数字法。用这种方法产生线性调频信 号 及其 它频率合成信号 的技术 日益受 到重视 ，并 得 到了广泛的应用 。通过单片机控制 ，直接 数 字频 率合 成技术能产生频率 、幅度 、相位精确 可 以输 出 Ｉ 、Ｑ两路合 成信 号。在高 稳定度 时 钟 的 驱 动 下 ，Ａ Ｄ９ ８ ５ ４将 产 生 一 高 稳 定 的频
基于AD9854的雷达信号源设计与实现
基于AD9854的雷达信号源设计与实现袁辉;李延香【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(34)21【摘要】使用AD9854芯片和FPGA,基于DDS理论设计并实现了多模式多波形雷达信号源.它可模拟LFM、NLFM、单频、相位编码等多种脉冲信号波形,能有效验证脉冲压缩与信号处理单元的工作性能.测试结果表明,该系统能满足设计要求.%A multi-mode and multi-waveform radar signal generator based on DDS was designed with AD9854 and FPGA, which can be used to simulate various pulse signal waveforms such as LFM, NLFM, single frequency and phase code with wide Doppler modulation and long time delay adjustment. The performance of pulse compression and signal processing unit can be verified effectively. The testing result shows that the system can satisfy the requirement.【总页数】5页(P23-27)【作者】袁辉;李延香【作者单位】陕西工业职业技术学院信息工程学院,陕西咸阳 712000;咸阳师范学院,陕西成阳 712000【正文语种】中文【中图分类】TN958.3-34【相关文献】1.基于DDS的雷达校准信号源设计与实现 [J], 黄玉仙;李铁成;许国宏2.一种基于国产IC的有源相控阵雷达信号源设计与实现 [J], 翟胜伟;张晓伟;杨咚咚3.基于AD9858的雷达信号源设计与实现 [J], 吕艳;戚继明;奚玮4.基于DDS的雷达中频信号源设计与实现 [J], 綦睿;罗丰;吴顺君5.基于AD9858的宽带雷达信号源设计与实现 [J], 段龙辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于AD9854的数字短波通信发射机设计
基于AD9854的数字短波通信发射机设计宋宇飞【摘要】现代数字通信技术发展迅速，短波通信仍有其特有优点，在军事通信中使用广泛。
根据短波通信的发展状况和性能特点，分析了常用短波发射机的功能要求，基于DDS芯片AD9854设计了高性能数字短波发射机的方案。
本设计给出了系统原理图及主要模块电路，包括椭圆滤波模块、功率放大模块，并设计了软件控制部分，最后展望了数字短波通信发射机的改进方向。
%The modern digital communication technology is developing rapidly,short wave communication has its unique advantages,and it is widely used in military communications. Describes the development of short -wave communication and performance characteristics,analysis of the functional requirements of commonly used short-wave transmitters based on DDS chip AD9854,the completion of a high-performance digital shortwave transmitter design,gives the system diagram and the main module circuit,Including elliptic filter module,power amplifier module,Designing the software control section,in the end prospect of improved system direction.【期刊名称】《火力与指挥控制》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】4页(P133-135,140)【关键词】短波通信;发射机;直接数字频率合成;AD9854【作者】宋宇飞【作者单位】南京工程学院通信工程学院，南京 211167【正文语种】中文【中图分类】U285.16短波是指频率为3 MHz～30 MHz的无线电波。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第30卷 第2期应用天地基于AD9954的信号源设计与实现杜占龙1 谭业双1 姚振亚2(1.军械工程学院光学与电子工程系 石家庄 050003;2.西南计算机有限责任公司 重庆 400060)摘 要:采用基于D DS 芯片A D9954的信号源设计方法,详细说明了信号源中椭圆函数低通滤波器的设计步骤,进行信号源硬件部分的调试完成了高性能正弦信号源的设计与实现。
该信号源可以工作在单频和扫频两种输出模式,输出频率范围100H z~110M Hz,频率分辨率为0.1H z,频率转换间隔为1.5ms 。
关键词:DDS;AD9954;低通滤波器;信号源中图分类号:T N 741 文献标识码:ADesign and realization of signal generator based on AD9954Du Zh anlong 1 Tan Yeshuang 1 Yao Zhenya 2(1.Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003,China;2.Southwest calculator limited liability company,Chongqing 4300060,China)Abstract:Based on the excellence of DDS (direc t digital synthesizer),in order t o design a sine signal generat or w ith high performance,a design met hod of signal generat or on DDS chip AD9954is used in the paper.And also t he design approach of elliptic funct ion low pass filt er is illum inat ed particularly.T he hardw are is achieved finally.Th e signal generator w orks in s ingle and sw ept mode.T he capability is as follow s:the output frequency range is 100H z~110M H z,and the frequen cy resolving is 0.1H z,the frequency sw it ching int erval is 1.5ms.K eywords:DDS;AD9954;LPF;signal generator收稿日期:2010 110 引 言随着通信、雷达和自动测试等的迅猛发展,对信号源的要求越来越高,不但要求频率度和准确度,而且要求能方便地改变频率。
与以传统的频率合成技术为基础的信号源相比,基于DDS 技术的信号源具有极快的频率转换速度、极低的相位噪声以及相位连续等优点。
满足了现代电子系统的许多要求,成为信号源中较常采用的技术。
本文采用DDS 芯片AD9954作为信号发生模块,通过4 4键盘与控制器相连,控制A D9954工作模式和输出频率,详细介绍了信号源中7阶低通椭圆滤波器的设计方法,最后完成硬件设计与调试。
1 整体设计为了满足不同设备对信号源的需求,所设计信号源可以工作在单频和扫频模式。
电路整体设计框图如图1所示。
其中DDS 芯片AD9954用来产生频率可控的正弦信号,控制器控制AD9954的工作模式及输出频率等,基准时钟给A D9954提供时钟信号。
低通滤波器主要起到滤除杂散波和平滑波形的作用,最后经过信号调理得到输出信号。
图1 电路整体设计框图2 AD9954芯片介绍AD9954最高工作时钟为400MH z,且具有14位的DA C,其内部结构如图2。
内置4~20倍时钟倍频功能。
AD9954通过串行I/O 口输入控制字。
它有两个功能控制寄存器CFR1和CFR2,一个16位的幅度寄存器ASF,两个32位的频率寄存器FT W0、FTW1(用于设定K值),一个16位相位寄存器等。
A D9954内含1024 32静态RA M,即可以存储1024个频率值,以便实现灵活快速的跳频功能。
AD9954同样支持用户定义的线性扫频模式。
图2 A D9954内部结构图2中SDIO实现串行数据传输,SCLK为数据传输时钟,I/O UPDAT E每输出一个上升沿就将内部缓存器的值传给控制寄存器。
SYNC_CLK输出频率为时钟频率的1/4,用来同步多片AD9954芯片。
IOUT和/IOUT为DAC输出的电流,需要串接电阻得到波形,它们相位相差180 。
3 硬件电路设计图3为硬件电路结构框图,包括控制器STC89C52RC、A D9954、40M有源晶振、电平转换芯片asm1117 1.8/3.3和矩阵键盘等。
控制器的P2.0、P2.1、P2.2、P2.3口用来控制A D9954的C S(使能端,低电平有效)、SCLK、SDIO、I/O UPDAT E。
矩阵键盘与控制器的P0口相连,通过键盘扫描程序与控制器通信,键盘上的 单频 和 扫频 键选择AD9954的工作模式,键盘上的数字键改变其输出频率。
40M有源晶振经过A D9954内部10倍频使AD9954工作在400M H z时钟频率。
图3 硬件电路3.1 DDS部分DDS中的P2.0~P2.3来自控制器ST C89C52RC。
AD9954的RESET引脚接复位电路,用来实现硬重启。
OSC引脚与40M H z有源晶振输出端相连。
由于AD9954的IOU T引脚输出的是电流,为了得到波形需并联一个50 电阻。
除DVDD_IO管脚用3.3V供电外,其他供电处电压均为1.8V,电平转换芯片asm1117 1.8/ 3.3完成5V电压到3.3V和1.8V电压的转换。
模拟地与数字地单独布线,通过一个磁珠(对于高频信号阻抗大,低频信号短路)单点连接[1 3]。
3.2 滤波器部分AD9954芯片的输出具有大量的谐波分量和来自系统时钟的干扰,为了减少其对所需信号的影响,需要在信号输出端接一个低通滤波器,而且滤波器还可以平滑DDS的输出波形[4]。
滤波器采用椭圆低通滤波器(elliptic filter)。
设计低通滤波器主要有以下3个步骤:1)确定低通滤波器技术参数本电路要求DDS最高输出110M H z正弦波,所设计的椭圆低通滤波器的主要技术参数是:通带拐角频率f p 为120M H z、阻带起始频率f s为157MH z、阻带最小衰减R s为62dB、通带波动R p为0.18dB。
实际应用中,一般选用f p为基准频率,则通带上限频率和阻带下限频率的归一化值分别为:p=f pf p=1 s=f sf p(1)2)求解所需滤波器的阶数n根据滤波器的技术参数确定所需滤波器的阶数,一种方法是利用特制的图表来确定阶数n,但其求解过程相对第30卷 第2期应用天地复杂,需要计算反射系数 等参数和参考椭圆滤波器阶数曲线图[5]。
故本设计不采用上述方法,而是利用M ATLA B中的ellipord函数[6],输入滤波器的技术参数f p、f s、R s和R p来求解椭圆滤波器所需阶数n。
最后确定本设计采用七阶椭圆低通滤波器,其拓扑结构如图4所示。
图4 七阶低通椭圆滤波器拓扑图3)确定滤波器各元件数值椭圆低通滤波器的元件数值[4],是由其特性函数用现代网络综合法综合出来的,这种滤波器的元件数值表已汇集成册[7 8]。
针对本设计,R s=62dB,R p=0.18dB, s=f s/f p=157/120=1.308,查询滤波器的元件数值表,找到其对应的归一化L C值。
将其去归一化,得到本设计滤波器L C元件的数值。
去归一化公式为:L =LR2 f p=RL0;(2)C =C2 f p R=C0R式中:L 、C 为去归一化的元件值,R=50为阻抗标度系数,f p=120MH z。
代入计算后得各元件值如表1所示。
表1 元件指标元件归一值去归一化/pF元件归一值去归一化C1 1.23432.73C60.423511.23pFC20.1217 3.23C70.999226.51pFC3 1.73145.92L1 1.26483.82nHC40.596515.82L20.952563.17nHC5 1.55741.30L30.985065.32nH为了检验所设计的滤波器是否满足设计参数要求,本文采用Multisim10.0来进行电路仿真[5],以便观察所设计滤波器的幅频特性。
在M ultisim10.0中各LC元件值取表1中去归一化的整数值,幅频特性曲线如图5(b)所示。
M AT LAB中画出的滤波器幅频特性曲线如图5(a)所示。
从图中可以看出,所设计滤波器的技术参数在需求范围内。
图5 幅频特性曲线4 软件设计为了控制AD9954工作,需要给其相应的控制寄存器写入控制字。
如CFR1的地址为0x00,则先通过SDIO引脚写入8b it指令字节0x00,然后再写入其32bit的控制字。
指令字节中各位代表的意义如图6所示,D7为0时代表写控制字,D4~D0则是控制寄存器的地址值。
图6 指令字节各位含义图7所示为软件流程图, 初始化 是对A D9954复位。
写控制字 是对AD9954的控制寄存器CFR1(0x00)和CFR2(0x01)写值,包括工作模式、时钟倍频数等,其中CFR1<21>为0时工作在单频模式,为1时工作在扫频模式。
在单频模式下,控制寄存器FTW0即为频率控制字K的大小。
在扫频模式下,控制寄存器FT W0(0x04)和FTW1(0x06)用来写入扫频的最高与最低频率。
若是扫频递增的,则将控制寄存器PLSCW(0x08)<31:0>写入扫频递增频率控制字,PLS CW<39:32>写入每个频率停留的SYNC_CLK周期数,SYNC_CLK为系统时钟的1/4。
NLSCW(0x07)则是扫频递减的控制寄存器。
图7 软件流程图频率控制字K的计算公式为:K=2N F o ut/F c(3)式中:N是频率控制字的位数,这里是32,F out是输出频率值,F c是时钟频率。
将计算出的十进制数转换成十六进制数写入相应的频率寄存器中。
表2所示是AD9954工作在单频和扫频模式下各寄存器的值。
表2 寄存器值单频扫频CFR1:0x00000000CFR1:0x00200000 CFR2:0x000264(10倍频)CFR2:0x000264(10倍频)FT W0:0x00240B78(扫频起始频率2.2kH z)FT W0:0x00C49BA6(输出频率为1.2M Hz)。