应用DDS芯片AD9835开发的一种高精度频率信号发生器

    摘要：介绍了一种DDS专用芯片AD9835，并利用该芯片设计了一种高精度频率信号发生器，讨论了DDS芯片的基本原理、应用及其与计算机、单片机的接口。并对实际结果进行了分析。

    关键词：频率合成DDS 信号源 调制

高精度测量往往需采用高精度、高稳定性、高分辨率的频率信号源。采用多个锁相环构成的频率合成器，电路复杂、价格昂贵，且信号建立时间长、动态特性较差。近年来发展起来的直接数字式频率合成器（DDS）采用高速数字电路和高速D/A转换技术，具有以往频率合成器难以达到的优点，如频率转换时间短（<20ns）、频率分辨率高（0.01Hz）、频率稳定度高（10 -7至10 -8）、输出信号频率和相位可快速程控切换等，因此可以很容易地对信号实现全数字式调制。而且，由于DDS是数字化高密度集成电路产品，芯片体积小、或耗低，因此可以用DDS构成高性能频率合成信号源而取代传统频率信号源产品。

我们采用Analog公司的AD9835 DDS专用芯片设计了一种由单片机及计算机控制的合成信号源，主要技术指标如下：

频率范围：0.1Hz～10MHz

频率分辨率：0.1Hz

频率稳定度：1×10 -7

输出幅度：0～±10V可调

输出波形：正弦波、方波（TTL电平）、PSK、FSK、扫频

本信号源有可以任意切换的两种控制方法：一种是用PC机上的并口传递控制指令及参数，为此我们用VB编写了Windows 9x操作系统下的控制界面，通过该程序可以非常容易地设定各种控制参数；另一种是用单片机控制，通过面板按钮设定参数和选择功能菜单，便于野外脱机使用。

1 DDS工作原理

1.1 DDS技术

AD9835中使用的DDS技术是从连续信号的相位φ出发，将一个余弦信号取样、量化、编码，形成一个余弦函数表储存在ROM中。合成时改变相位增量，由于相位增量不同，一个周期内的取样点数也不同，这样产生的正弦信号频率也就不同，从而达到频率合成的效果。

在这里，余弦波信号本身是非线性的，而其相位是线性的（如图1所示）。因此，每隔一段时间Δt（时钟周期），相对应的相位变化ΔP，即

ΔP=ωΔt=2πfΔt     (1)

从（1）式可得合成信号的频率f为：

f=(ΔP×fmc)/2π     (2)

式中，fmc为固定时钟频率，fmc=1/Δt，通过改变相位值ΔP就可以改变合成信号的频率f。

DDS芯片AD9835原理框图如图2所示。其中，相位累加器为32位，取其高12位作为读取余弦波形存储器的地睛。每一次，时钟使相位累加器的输出也即余弦ROM寻址地址递增频率设定数据K，对应的波形相位变化为：