基于AD9951键控信号源设计

直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)技术，是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术，与传统的频率合成技术相比，它具有频率分辨率高、频率切换时间短、相位变化连续及相位噪声低等突出优点。本设计采用一块DDS芯片AD9951，设计了一型高性能数字信号源。系统主要指标：由按键设置输出信号频率，频率范围O．1kHz～80MHz，频率分辨率为0．04Hz，频率稳定度为10-6，相位噪声小于等于一120 dBc／Hz，由按键选择输出波形为三角波或方波或正弦波。

1 DDS基本原理
DDS基本原理如图1所示。

DDS以数控振荡器的方式产生频率相位可控的正弦波，主要由系统时钟fc、频率控制寄存器、相位累加器、正弦查询表、模数转换器、低通滤波器(LPF)组成。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦查询表则对该相位值计算数字化正弦波幅度(芯片一般通过查表得到)。DDS芯片输出的一般是数字化的正弦波，因此还需经过高速D／A转换器和低通滤波器能得到一个可用的模拟频率信号。DDS输出信号的频率fo是系统时钟fc，频率转换字FTW，以及相位累加器的位数N的函数。
fo=(fc×FTW)／2N
当FTW=1时，系统输出频率即为频率分辨率△f=fs／2N，通常DDS的相位累加器位数N都取得很大(32～48)，因此可以得到很高的频率分辨率。DDS最大输出频率为fc／2。

2 AD9951芯片的主要功能特点
AD9951是Analog Device公司2003年推出的一款高性能DDS芯片，具有优良的动态性能，最高400 MHz内部工作频率，因此可以输出最高频率200 MHz的信号，内置14位高速DAC，32位频率控制字，相位噪音小于等于120 dBc／Hz@1 kHz，串行I／O控制，1．8V低电压供电，支持常用的5V逻辑电平，支持时钟倍频模式(4倍频至20倍频可编程设置)，支持内部振荡器与外接振荡器两种模式，具有相位调制能力。AD8851内部原理框图如图2所示。

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