基于AD9850的多功能信号源的设计

基于AD9850的多功能信号源的设计

中国人民电子工程学院(合肥230037)　周义建　游志刚

　　摘　要　文章介绍了美国AD公司推出的直接数字频率合成芯片AD9850,并给出了一种基于

该芯片的多功能信号源的设计方案,该信号源具有结构简单、精度高、控制灵活的特点。　　关键词　直接数字频率合成　调制　信号源　　近年来,随着频率合成技术广泛应用于现代无线电通信和电子技术的各个方面,DDS(directdigitalsynthesize,直接数字频率合成)技术得到了迅猛发展。把DDS技术和微型计算机技术结合在一起,其应用领域更加广泛。

AD9850是美国AD公司生产的最高时钟速率

为125MHz,采用先进的CMOS技术制造出来的直接数字式频率合成器。它具有频率分辨率高、输出频谱纯度高和快速频率转换等性能,同时,该器件还具有体积小、使用简便、性能价格比高的优点。在便携式通信、雷达系统、跳频通信等领域具有广泛的应用前景。

出。通常选定R2=30kΩ(10kΩ参数的选择与图1相同(注意POL接VCC),输出电压同样由R1、R2的关系确定:

|VOUT|

R1=R2×VREF

(2)

式(2)中VREF=1.25V,同样选定R2=30kΩ,改变

R1的阻值即可得到相应的输出电压。例如:R1=

Ω时,VOUT=-12V。288k

　　这里需要提请注意:图2所示的电路输出VOUT只能在-28V～-VIN之间变化,要想得到高于-VIN的负电压,必须将D2的阴极与输入VIN相连,再按式(2)计算R1的阻值从而得到VOUT。但这种电路改变同时会使输出电流最大值降低一半,从而降低了负电源的供电能力,因此应尽可能采用图2所示电路得到相应的负电压。3.3　输出电流选择

MAX629提供了一个输出电流选择引脚ISET。无论是正电压变负电压或正电压变正电压,都可以改变ISET与VCC、GND的连接,得到最大500mA、最小250mA的输出电流。当电路所需电流低于《电子技术》2001年第6期

图2　正电压变负电压电路

250mA时,ISET=GND,用户即可采用功率较小的

电感,输出端的电容也可采用普通电容,这样既节省空间,又降低了成本。

4　结语

MAX629既可用于正电压变负电压又可用于正

电压变正电压,同时输出电压改变灵活方便,变化范围宽。具有体积小巧、成本低廉、转换灵活的优点,

在需要DC2DC转换的控制电路中具有广泛的应用前景。

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1　AD9850芯片简介

1.1　AD9850的主要性能指标

(1)系统参考时钟频率为125MHz。

(2)频率控制字采用32位二进制码。(3)当系统时钟频率fs=125MHz时,频率分

DGND:数字电路地。DVDD:数字电路电源。AVDD:模拟电路电源。

W-CLK:控制字输入时钟。此时钟用来控制

并行或串行输入频率/相位控制字。

FQ-UD:频率更新时钟。在此时钟的上升沿,DDS将刷新已输入到数据输入寄存器中的频率(或

辨率小于0.03Hz。

(4)寄生频率输出小于-84dB。

(5)采用低功耗的CMOS技术:当频率fs=125MHz时,功耗小于380mW;当频率fs=110MHz

时,功耗小于155mW。

(6)频率转换时间:10个时钟周期。比如当fsμ=125MHz时,频率转换时间为10×1/(125×106)≈0.1s。

(7)当40MHz模拟信号输出时,D/A转换电路

相位)字,使输入数据寄存器归零。

D0～D7:8bit数据输入端。这是一个用于重复输入32bit频率和8bit相位/控制字的8bit数据输入端口,D7是最高位,D0是最低位,它还是40bit串行数据输入端口。

RESET:重新设置。这是整片的重新设置功能,即当此脚置为高电平时,它清除(除输入寄存器)所有寄存器中的数据,并且DAC的输出在一个追加的时钟T后变成COS0。

IOUT:DAC的模拟电源输出。IOUTB:DAC的互补模拟输出。

DACBL:DAC基准线。是DAC基准电压参考。VINP:不转换电平输入。是比较器的同相输入。VINN:转换电平输入。是比较器的反相输入。QOUT:输出为真。是比较器的真正输出。QOUTB:输出为补充。是比较器的补充输出。1.3　AD9850功能简介

AD9850是一个运用先进的DDS技术,并结合

输出的无杂散动态范围SFDR大于50dB。

(8)简单的接口控制技术:并行数据输入或串行数据输入的加载模式。

(9)具有相位调整功能。

(10)具有功率下调功能,如果输出功率大于额定值可自动调节。

(11)数控ADC译码器。1.2　AD9850引脚说明

AD9850的引脚排列如图1所示。集成在一片芯片内的高速、高性能的D/A转换电路

和比较器构成一个完全数控的可编程频率合成器,且具有时钟产生功能的高度集成芯片。当有一个精确的时钟源作为参考频率源时,AD9850能产生一个频谱很纯的频率或相位可编程的模拟正弦波输出。对于125MHz参考时钟,AD9850能产生一个32位频率调整控制字,它导致一个0.0291Hz的输出调谐频率分辨率。AD9850的电路结构允许产生频率值是参考时钟的一半或者说是生成频率为62.5MHz的输出,并且输出的频率能用数控的方式以

图1　AD9850的引脚排列图

　　AD9850各引脚功能说明如下:

CLKIN:参考时钟的输入。此时钟输入可以是连续的CMOS序列,也可以是经1/2电源电压偏置的模拟正弦波输入。

Rset:DAC外部电阻Rest连接处。此电阻设置了DAC输出电流的幅值,在一般情况下Iout=

Ω,Rset与Iout的关系式为Iout10mA,Rset=3.9k

=32×1248V/Rset。

AGND:模拟电路地。CMOS技术,所以,在+3.3V和+5V电源供电的情30(350)上海欣方智能系统公司　(021)360510×6300　　　　　　《电子技术》2001年第6期

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每秒产生23000000个新频率的速度变化。

AD9850还提供了5个bit的数控相位调制,它能使输出相位以180°、90°、45°、22.5°、11.25°,或是它们的任意组合的增量改变。AD9850还包括一个高速比较器,此比较器被构造成能接收D/A转换输出(在外部已被滤波),以产生一个低抖动的方波输出的装置,这样使得AD9850用作时钟发生器十分方便。频率调谐,控制和相位调制字可以以并行或串行的方式送入AD9850。AD9850采用了先进的

况下都能够正常工作。

AD9850的功能结构原理框图如图2所示。

送入AD9850,从而产生模拟正弦波,再通过由电感和电容构成的7阶椭圆低通滤波器滤波后作为AM调制电路的载波输入。由振荡电路产生1kHz和400Hz两种内调制信号由AMUX1选择,并经过电

阻衰减网络送到AM调制电路作为调制信号。A2MUX1可选择调制信号源,AMUX2可选择电阻网络的衰减量,从而控制调制度为10%、20%、30%、40%、50%、60%、80%、100%。AM调制电路输出的信号经过程控衰减器的电平控制后,再最后输出。在整个控制过程中,控制命令都由信号源的控制板输出。它一路发送电平码控制程控衰减器的衰减档位,0～120dB可调;一路将控制信息送入isp1016。控制板主要由C51及8155等器件构成,其主要作用是接收用户的输入信息,并经过数学或逻辑的

图2　AD9850的功能结构原理框图

2　多功能信号源的设计方案

2.1　设计方案

算法,把用户信息转换为频率码、调制码、电平码,并

送到对应端口,同时给出相应的显示。另外,也从系统板上读取信息,反馈给用户。它可以在16位数码管上显示频率值、电平值(dB/mW)以及调制度,并可进行调频/调幅选择,外测频和调制信号源选择。同时还可控制程控衰减器的衰减量。2.3　性能指标按照该方案设计的多功能信号源能达到的性能指标如下所示:

　　(1)频率范围:0～40MHz;

(2)最小步进值:≤6Hz;(3)调制样式:AM;

(4)调制信号:内(1kHz、400Hz),还可进行外调制;

(5)全频段标准输出值:1V,±1%;

(6)输出信号幅度控制:程控衰减0～120dB,步进1.5dB;

(7)调制度控制:8级可调;

(8)频率预置控制:数字键直接输入,可用↑↓键步进微调,同时步进值可变;

(9)提供一个标准RS2232口,可用PC控制信号源;

(10)该信号源还可用作频率计。

利用单片机C51控制AD9850,我们设计了DC～40MHz的多功能信号源,其组成框图如图3

所示。它包括电源部分、DDS处理、调制部分和程控衰减器等。通过DSP器件对AD9850进行相应的编程设置,可实现频率为0～40MHz,高精度,控制灵活的信号源。按照该框图设计的信号源,可以进行内外调制,调制样式为AM,其中内调制信号为1000Hz和400Hz。用数码管LED显示频率值和调制度,并可用程控衰减器来控制输出信号的幅度,在0～120dB范围内可调。频率预置可用键盘上的数字键直接输入,其步进值可调。此外还提供一个标准的RS2232接口,使得该信号源能够与PC进行数据通信。

3　结束语

随着DDS技术的不断发展,其在实际中的应用也在迅速扩大。本文介绍的基于DDS芯片AD9850的多功能信号源就是为科研项目的实际需要而设计的。同时由于DDS器件AD9850的频率和相位可很快地跳变,所以在该信号源中还可通过将isp1016

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图3　基于AD9850的多功能信号源的组成框图

2.2　工作原理

晶振电路产生100MHz精确时钟送给AD9850,同时由isp1016送来的频率相位控制码也《电子技术》2001年第6期

替换成isp1032实现调频和调相功能。

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