基于AD9851信号发生器的设计

摘要：基于直接数字频率合成(DDS)原理，采用AD9851型DDS器件设计一个信号发生器，实现50 Hz～60 MHz范围内的正弦波输出。通过功率放大，在50Ω负载的情况下，该信号发生器在50 Hz～10 MHz范围内输出稳定正弦波，电压峰峰值为0～5V±0．3V。
关键词：DDS；直接数字频率合成；AD9851；微处理器；C语言

0 引言
直接数字合成(Direct Digital Synthesis—DDS)是近年来新的电子技术。单片集成的DDS产品是一种可代替锁相环的快速频率合成器件。DDS是产生高精度、快速变换频率、输出波形失真小的优先选用技术。DDS以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过高速D／A变换器产生所需的数字波形(通常是正弦波形)，这个数字波经过一个模拟滤波器后，得到最终的模拟信号波形。
DDS系统一个显著的特点就是在数字处理器的控制下能够精确而快速地处理频率和相位。除此之外，DDS的固有特性还包括：相当好的频率和相位分辨率(频率的可控范围达μHz级，相位控制小于0．09°)，能够进行快速的信号变换(输出DAC的转换速率百万次／秒)。

1 AD9851集成芯片简介
AD9851是在AD9850的基础上，做了一些改进以后生成的具有新功能的DDS芯片。AD9851相对于AD9850的内部结构，只是多了一个6倍参考时钟倍乘器，当系统时钟为180MHz时，在参考时钟输入端，只需输入30 MHz的参考时钟即可。AD9851是由数据输入寄存器、频率／相位寄存器、具有6倍参考时钟倍乘器的DDS芯片、10位的模／数转换器、内部高速比较器这几个部分组成。其中具有6倍参考时钟倍乘器的DDS芯片是由32位相位累加器、正弦函数功能查找表、D／A变换器以及低通滤波器集成到一起。这个高速DDS芯片时钟频率可达180MHz，输出频率可达70 MHz，分辨率为0．04Hz。
AD9851可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制且稳定性很好的模拟正弦波，这个正弦波能够直接作为基准信号源，或通过其内部高速比较器转换成标准方波输出，作为灵敏时钟发生器来使用。
AD9851的各引脚功能如图1所示。

D0～D7：8位数据输入口，可给内部寄存器装入40位控制数据。
PGND：6倍参考时钟倍乘器地。
PVCC：6倍参考时钟倍乘器电源。
W-CLK：字装入信号，上升沿有效。
FQ-UD：频率更新控制信号，时钟上升沿确认输入数据有效。
FREFCLOCK：外部参考时钟输入。
CMOS／TTL脉冲序列可直接或间接地加到6倍参考时钟倍乘器上。在直接方式中，输入频率即是系统时钟；在6倍参考时钟倍乘器方式，系统时钟为倍乘器输出。
AGND：模拟地。
AVDD：模拟电源(+5 V)。
DGND：数字地。
DVDD：数字电源(+5 V)。
RSET、DAC：外部复位连接端。
VOUTN：内部比较器负向输出端。
VOUTP：内部比较器正向输出端。
VINN：内部比较器的负向输入端。
VINP：内部比较器的正向输入端。
DACBP：DAC旁路连接端。
IOUTB：“互补”DAC输出。
IOUT：内部DAC输出端。
RESET：复位端。低电平清除DDS累加器和相位延迟器为0 Hz和0相位，同时置数据输入为串行模式以及禁止6倍参考时钟倍乘器工作。