基于AD9833的高精度可編程波形發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 引言
頻率合成器在通信、雷達(dá)和導(dǎo)航等設(shè)備中既是發(fā)射機(jī)的激勵(lì)信號(hào)源，又是接收機(jī)的本地振蕩器；在電子對抗設(shè)備中可作為干擾信號(hào)發(fā)生器；在測試設(shè)備中則作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。因此頻率合成器被稱為許多電子系統(tǒng)的“心臟”。而設(shè)計(jì)高精度，易于操作的頻率合成器則是核心，因此，這里提出了一種基于DDS AD9833的高精度波形發(fā)生器系統(tǒng)解決方案。用戶可直接編輯設(shè)置所需的波形頻率和峰峰值等信息，利用串口將配置信息發(fā)送到電路板，實(shí)時(shí)控制波形。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)已成功應(yīng)用于某型雷達(dá)測速儀測試設(shè)備。

2 AD9833簡介
AD9833是ADI公司的一款低功耗、DDS器件，能夠輸出正弦波、三角波、方波。AD9833無需外接元件，輸出頻率和相位可通過軟件編程設(shè)置，易于調(diào)節(jié)。其頻率寄存器為28位，主頻時(shí)鐘為25 MHz時(shí)，其精度為0．1 Hz；主頻時(shí)鐘為l MHz時(shí)．精度可達(dá)0．004 Hzt2。
AD9833內(nèi)部有5個(gè)可編程寄存器：1個(gè)16位控制寄存器，用于設(shè)置器件_T作模式；2個(gè)28位頻率寄存器和2個(gè)12位相位寄存器，分別用于設(shè)置器件輸出正弦波的頻率和相位。AD9833有3根串行接口線，可與SPI，QSPI，MICRO-WIRE和DSP接口標(biāo)準(zhǔn)相兼容。在串口時(shí)鐘SCLK的作用下，數(shù)據(jù)是以16位方式加載至設(shè)備。
AD9833的內(nèi)部電路主要有數(shù)控振蕩器(NCO)、頻率和相位調(diào)節(jié)器、SineROM、D／A轉(zhuǎn)換器、電壓調(diào)整器。AD9833的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器組成，而相位寄存器是按每個(gè)時(shí)鐘增加步長，相位寄存器的輸出與相位控制字相加后輸入到正弦查詢表地址中。正弦查詢表包含1個(gè)周期正弦波的數(shù)字幅值信息，每個(gè)地址對應(yīng)正弦波中O?！?60°內(nèi)的1個(gè)相位點(diǎn)。查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅值的數(shù)字量信號(hào)，驅(qū)動(dòng)D／A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量。
輸出正弦波頻率為：

式中：FREQREG為頻率控制字，由頻率寄存器FREQOREG或FREQlREG的值給定，其范圍為0≤M228一1。fMCLK為參考時(shí)鐘頻率。
輸出正弦波的相位為2π／4 096xPHASEREG，其中PHASEREG是所選相位寄存器的值。輸出正弦波的峰峰值固定．約600 mV，且正弦波不是標(biāo)準(zhǔn)正弦波，即波谷是0 V，而不是負(fù)電壓。因此，輸出正弦波為：

式中：K約600 mV，與器件內(nèi)部參考電壓有關(guān)。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
圖1為基于PC控制的高精度波形發(fā)生器系統(tǒng)框圖。由于晶體振蕩器將直接影響頻率穩(wěn)定度和頻率波動(dòng)，因此，采用電壓型控制晶體振蕩器，其頻率穩(wěn)定度高達(dá)+20 ppm，溫度補(bǔ)償晶體振蕩器可達(dá)±1~+20 ppm，恒溫箱晶體振蕩器和數(shù)字補(bǔ)償晶體振蕩器小于±l ppm?？紤]性能和成本因素，采用溫度補(bǔ)償型控制晶體振蕩器。

模擬多選器采用ADI公司的ADG704．該多選器具有4個(gè)輸入端，1個(gè)輸出端。利用2個(gè)電平信號(hào)組合進(jìn)行選擇，方便與處理器I／O端口連接。3個(gè)輸人信號(hào)分別是DDSl、DDS2的輸出信號(hào)，以及這兩者輸出信號(hào)相疊加后的輸出信號(hào)。模擬多選器輸出這3個(gè)輸入信號(hào)的其中之一。通過MCU可控制模擬多選器選擇3個(gè)信號(hào)的輸出。