基于DDS技术的正弦交流信号源的设计

作者：时间：2012-05-31来源：网络收藏

AD9850有40位控制字，32位用于频率控制(低32位)，5位用于相位控制，1位用于电源休眠(Power-down)控制，2位用于选择工作方式。这40位控制字可通过并行或串行方式输入到AD9850。本产品采用并行装入方式，通过8位总线D0～D7将数据输入到寄存器，在W_CLK的上升沿装入8位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，在重复5次之后再在FQ_UD上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率／相位数据寄存器(更新DDS输出频率和相位)，同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。其中AD9850的频率控制字数值的计算公式为：
fOUT=(△Phase×CLKIN)／232 (1)
AD9850芯片的接口电路设计图如图2所示。图中数据线DB0～DB7通过总线与ATmega16单片机的PB0～PB7相连，用以单片机向AD9850写入频率控制字；W_CLK和FQ_UD分别接在单片机的PA6和PA7上，用于并行通信中时序和传输的控制。该产品的设计输出频率范围为1～100 Hz，选用晶振为50MHz。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/171394.htm

2．3 滤波电路的设计
采用DDS技术的信号发生器具有良好的频率分辨率和快速、连续的变频性能，带宽也相对较宽，但是，DDS技术有一个明显的缺点，输出频率越接近时钟频率的1／2，采样点数就越少，输出地杂散干扰就越大。所以必须要为DDS设计低通滤波器，以提高输出正弦波频率的稳定性和输出波形的质量。

在该信号源的设计中，设有两个低通滤波器模块，分别采用以LC并联谐振为原理的无源低通滤波器和以集成运放为基础的RC低通有源滤波器，其电路分别如图3，图4所示。无源低通滤波器用于滤除AD9850产生的直流正弦信号波中的杂质频率，有源低通滤波器用于滤除经放大环节和电容隔直通交所产生的正弦交流信号中的杂质频率。由于本产品的设计频率范围为1～100 Hz，故在图3所示的无源低通滤波器中采用两级LC并联结构，其上限频率分别为200 Hz和100 Hz，用来滤除超过100 Hz的谐波，在图4所示的有源低通滤波器中，依据公式：
fL=1／(2πRC) (2)
可确定上限频率为100 Hz的有源低通滤波器的R，C参数的选择。
2．4 信号放大环节电路设计
为了保证本产品产生的交流信号具有带载能力和功率输出能力，必须对AD9850芯片产生的经过低通滤波后的正弦直流信号进行放大。在本环节中选用AD公司的AD603芯片，这是一种低噪声、电压控制增益的新型运放，其传输带宽高达90 MHz，增益最高可达51 dB，最低达-11 dB，具有良好的性能。并用受单片机控制的D／A输出一定范围的电压对其增益进行控制，以达到输出电压幅值可调节的功能，即采用单片机以电压控制字控制D／A的电压模拟输出，从而达到调节AD603的增益，进而达到了调节电压幅值的效果，对于同一负载，即电流的幅值是可变的。
D／A选用DAC0832芯片，这是一个8位分辨率的D／A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个D／A芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D／A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D／A转换电路及转换控制电路构成。将DAC0832的片选信号CS接单片机的PC7，将XFER接PA1、ILE接PA2、WR1接PA3、WR2接PA4，将DAC0832的8位数字输入分别与单片机的PB0～PB7相连接，用于单片机向D／A写入电压控制字，使用单片机控制DAC0832给AD603芯片差分输入高电平端GPOS管脚输入0～5 V的电压，可以调节AD603的增益为21～51 dB,，最终可使输出端空载时的电压峰峰值在2．24～4 V的范围内无失真缩放。
2．5 交流输出放大环节电路和信号调理电路设计
为了保证该交流信号源具有一定的电流输出能力和带载能力，在利用电容的隔直通交性质将AD9850产生的直流正弦信号变为交流正弦信号后，应对电压进一步放大，这样可以保证输出端口接入不同的负载均有一定的电流输出。在本环节中选用德州仪器的OPA548运放，这是一款功率运放，最大可以持续输出3 A的电流，可以在有效放大电压的基础上通过大电流。

在输出端口上设置有电流互感器，用于电流值的采样，采样电流值通过信号调理电路接入AVR单片机A／D模块的模拟输入端。AVR ATmega 16单片机的模拟输入端口的输入电压范围是0～4．6 V，所以必须对电流互感器采集来的信号进行电平转换，接入单片机的A／D模拟输入接口。图5为信号调理电路的设计图，采集来的电压信号经过电压跟随器的隔离和缓冲作用后，经反向放大电路和求和电路将信号的电平调整为0～4．6V。