AD9850實(shí)現(xiàn)嵌入式信號(hào)源設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)采用MSP430F149對(duì)DDS進(jìn)行控制構(gòu)成方波正弦波信號(hào)源的系統(tǒng)框圖如圖2所示。

　　該信號(hào)源由MSP430F149單片機(jī)、DDS芯片AD9850、低通濾波器(LPF)、4×4軟鍵盤(pán)、1602液晶顯示屏和外部參考時(shí)鐘源、寬帶放大器和穩(wěn)壓電源等組成。其中，低通濾波器是信號(hào)源中的關(guān)鍵器件，負(fù)責(zé)濾除正弦輸出信號(hào)中的高頻、雜散信號(hào)和諧波信號(hào);穩(wěn)壓電源的+5 V電壓經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后為MSP430和AD9850提供+3.3 V的電源電壓;外部參考時(shí)鐘源選用30 MHz有源晶振，MSP430F149與AD9850采用串行通信方式連接。

　　1.3 硬件設(shè)計(jì)

　　該信號(hào)源選用MSP430F149作為核心控制器，為了節(jié)省I/O資源，方便系統(tǒng)功能擴(kuò)展，MSP430與DDS芯片AD9850之間采用串行通信方式，接口電路如圖3所示。AD9850與外圍元件的硬件連接圖如圖4所示，AD9851的正弦輸出信號(hào)端IOUT接至外部的低通濾波器，濾除高頻雜散和諧波后，一路信號(hào)經(jīng)過(guò)寬大放大器AD811放大后輸出需要的正弦信號(hào)，另一路再回接到AD9851內(nèi)部比較器的正向輸入端(VINP)以得到方波信號(hào)。其中：DGND為數(shù)字地;AGND為模擬地;VCC為模擬部分的電源電壓;VDD為數(shù)字部分的電源電壓。D7，F(xiàn)Q_UD，W_CLK，RESET分別接至MSP430的P3.0，P3.1，P3.2，P3.3上。為降低噪聲信號(hào)對(duì)放大器的影響，在低通濾波器與寬帶放大器之間接一級(jí)高速電壓跟隨器隔離，AD9850的輸出信號(hào)峰峰值為1～2 V，為增大AD9850輸出信號(hào)幅值，采用單位增益帶寬為140 MHz，Sr=2 500 V/μs的高速寬頻帶運(yùn)放AD811進(jìn)行信號(hào)放大，并且通過(guò)調(diào)節(jié)反饋電阻來(lái)改變?cè)鲆?，從而調(diào)節(jié)輸出信號(hào)幅度。放大電路的最大放大倍數(shù)，可以滿足一般的應(yīng)用需求。

　　1.4 低通濾波器設(shè)計(jì)

　　低通濾波器是直接數(shù)字頻率合成器的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)直接數(shù)字合成器的特性。在整個(gè)DDS實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，低通濾波器除了濾掉高頻信號(hào)之外，還有除去雜散的作用。DDS的雜散主要來(lái)源以下三個(gè)方面：

　　(1)ROM幅度量化誤差：相位轉(zhuǎn)化為幅度，是通過(guò)尋址ROM實(shí)現(xiàn)的，然而ROM地址中存有的波形幅度值字長(zhǎng)是有限的，ROM存儲(chǔ)能力有限而引起的舍位誤差就是幅度量化誤差;

　　(2)相位截?cái)嗾`差：為了提高DDS的精度，DDS的相位累加器位數(shù)都取得非常大，但ROM的容量是有限的，因此只利用相位累加器的高M(jìn)位ROM尋址，其低(N-M)位被截?cái)唷Ｓ纱艘氲慕財(cái)嗾`差是DDS雜散的主要來(lái)源;

　　(3)DAC的轉(zhuǎn)換誤差，即DAC中非線性引起的轉(zhuǎn)換誤差：DAC有限的分辨率、非線性特性以及轉(zhuǎn)換過(guò)程中出現(xiàn)的尖峰脈沖均會(huì)導(dǎo)致頻譜質(zhì)量變壞。因此，低通濾波器的使用是非常必要的，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)DDS的技術(shù)指標(biāo)。

　　低通濾波器可以分為巴特沃什濾波、切比雪夫?yàn)V波、貝賽爾濾波和橢圓濾波等。巴特沃什低通濾波器通帶和阻帶都是平坦的，但是其過(guò)渡帶太過(guò)平緩;切比雪夫低通濾波器的通帶是等波紋抖動(dòng)的，阻帶是平坦的，過(guò)渡帶比巴特沃什稍陡;貝賽爾低通濾波器和切比雪夫低通剛好相反，通帶平坦，阻帶是等波紋抖動(dòng)的;橢圓低通濾波器的通帶和阻帶都是抖動(dòng)的。但是其過(guò)渡帶下降迅速，過(guò)渡帶很窄。在該系統(tǒng)中，為了使輸出信號(hào)頻率最高10 MHz時(shí)能夠最低程度地降低AD9850外部系統(tǒng)時(shí)鐘30 MHz的干擾，采用具有較窄過(guò)渡帶特性的橢圓濾波器，并采用7階橢圓低通濾波。根據(jù)系統(tǒng)要求，輸出信號(hào)的頻率可達(dá)10 MHz，設(shè)定其通帶為10 MHz，且7階濾波具有下降速度更快的過(guò)渡帶，可以有效地濾除10 MHz以上的高頻干擾?？紤]到實(shí)際的橢圓濾波器設(shè)計(jì)與理論分析是有所不同的，在此使用Multisim 9經(jīng)行仿真后得出橢圓濾波器的具體參數(shù)。橢圓低通濾波器的電路圖如圖5所示。