史振國+李德和+尹虎

【摘要】 本文介紹了波形生成電路的常見方案及特點，重點介紹了基于直接數(shù)字頻率合成技術的AD9959。設計了基于AD9959的正弦波生成系統(tǒng)，簡要說明該系統(tǒng)各部分的功能及作用，并具體分析了系統(tǒng)可達到的頻率調制范圍、頻率調制精度和調制幅值。最后，本文通過實驗數(shù)據(jù)說明了AD9959在信號波形生成方面的具體效果，具有寬頻率范圍、高精度、相位可設等特點。

【關鍵字】 AD9959 DDS 正弦波

引言：在激光器頻率調制應用中，正弦波作為關鍵信號起到了重要作用。正弦波具有：幅度可調、頻率可調、頻率調制范圍大及調制精度高等特點。如何同時滿足上述幾項的要求，成為正弦波設計的重點和難點。

一、方案對比

函數(shù)發(fā)生器是一種常見的波形生成電路。目前，常見的波形生成方案主要有4種，分別為：文氏電橋（Wien-Bridge Oscillator）[1]、波形生成芯片[2]、數(shù)模轉換芯片和直接數(shù)字頻率合成技術（DDS，Direct Digital Synthesis）[3-4]。

文氏電橋，是利用RC串并聯(lián)實現(xiàn)的振蕩電路，由Max. Wien 發(fā)明的。參考文獻[1]是采用集成運放實現(xiàn)的文氏電橋，可以實現(xiàn)在線編程但因采用數(shù)字電位計導致該方案的頻率調制精度偏低；波形生成芯片，常見如：Intersil公司ICL8038，存在如同文氏電橋相同的問題；數(shù)模轉換電路可以實現(xiàn)調制應用中的4項要求，但存在程序復雜、調試周期長等問題；DDS技術是一種新型的頻率合成技術，在滿足要求的情況下，具有設計簡單、見效快等特點。

二、方案設計

2.1AD9959介紹

AD9959由四個直接數(shù)字頻率合成器（DDS）內核構成，每個通道均可提供獨立的頻率、相位和幅度控制。

AD9959可以執(zhí)行高達16階的頻率、相位或幅度調制（FSK、PSK、ASK）。AD9959的串行I/O端口可支持多種配置，提供了極大的靈活性；每個通道均具有專用的32 bit頻率調諧字、14 bit相位偏移和10 bit輸出比例乘法器。

2.2總體架構

本系統(tǒng)采用DDS技術實現(xiàn)幅度及頻率可調的正弦波，通過現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）對ADI的AD9959進行控制，AD9959的時鐘來源于主控制芯片F(xiàn)PGA，并通過SPI總線方式實現(xiàn)控制，實現(xiàn)輸出信號的頻率可調；I-V轉換電路，將AD9959輸出的電流信號經(jīng)變壓器轉換為電壓信號，并通過低通濾波器對頻率信號進行濾波處理；幅度調整電路是通過改變比例運算電路的比例實現(xiàn)信號幅度的調制，具體是FPGA經(jīng) SPI總線控制數(shù)字電位計的電阻來實現(xiàn)。上位機通過網(wǎng)口與PFGA實現(xiàn)人機交互功能，可以實現(xiàn)輸出信號的頻率、幅值控制。

其中，F(xiàn)TW的范圍為[0，231]

由公式（1）推出，當AD9959速率高達500MSPS時，輸出正弦信號最大頻率為250MHz，頻率精度高達0.115Hz。同時，輸出時鐘頻率與系統(tǒng)時鐘頻率成正比，調制精度與系統(tǒng)時鐘頻率成反比。

因為激光器調制正弦波為固定頻率的連續(xù)信號，所以系統(tǒng)采用AD9959的單頻模式。具體操作流程為：1、上電 觸發(fā)主復位操作；2、設置寄存器0X00 啟用目標通道，禁止其它通道；3、SPI總線方式 在寄存器0X04設置對應的頻率調諧字，以及寄存器0X05對應通道設置所需的相位偏移字；4、重復步驟2～3，分別設置其它通道；5、發(fā)送I/O更新信號 更新后，所有通道輸出所設置頻率及相位的正弦信號

三、實驗及結果

圖1為本方案AD9959輸出的正弦信號，其頻率為30KHz。從中可以看出：信號波形規(guī)整，AD9959在寬范圍正弦信號生成的應用中具有較好的性能。

結論：本文提出的基于DDS技術的AD9959在信號波形生成方面的應用，通過同步功能可以實現(xiàn)多級AD9959級聯(lián)應用。實驗結果證明，AD9959是一款功能強大的DDS芯片，可以提供寬頻率范圍、高精度、相位可設的正弦信號。

參 考 文 獻

[1] Alan Li . AN-580： Programmable Oscillator Uses Digital Potentiometers. 2002. Analog Devices， Inc.

[2] ICL8038. Intersil， 1998