基于DDS的調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與仿真

　　信號(hào)發(fā)生模塊

　　信號(hào)發(fā)生模塊主要由DDS芯片組成，這里選用美國(guó)ADI公司的雙通道直接數(shù)字頻率合成器AD9958，最高采樣頻率可達(dá) 500 MSPS。它有兩個(gè)DDS核，能夠提供兩個(gè)內(nèi)部同步、獨(dú)立編程同步輸出通道，在系統(tǒng)時(shí)鐘工作在500 MHz時(shí)，輸出頻率可控制范圍可以達(dá)到0 ~ 200 MHz[4]，可以滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

　　AD9958有4種工作模式，分別為單頻模式、調(diào)制模式、線性掃描模式和幅度輸出控制模式。其中單頻模式是芯片服務(wù)后默認(rèn)的工作模式，在此模式下輸出是某一單調(diào)頻率、幅度和初始相位的正弦波[5]。本系統(tǒng)中AD9958采用的就是單頻模式，在這種工作模式下，兩個(gè)DDS通道共享一個(gè)公共地址，頻率控制字地址是寄存器(0x04)，通過改變頻率控制字，可以很方便的改變輸出頻率，結(jié)合通道選擇控制字，兩個(gè)通道可以獨(dú)立輸出互不相關(guān)的兩路正弦波，控制功能由MCU完成。

　　由于DDS的輸出最大頻率受奈奎斯特抽樣定理的限制，所以有，此時(shí)，考慮到器件因素，在實(shí)際使用中一般取。本系統(tǒng)中，外部參考時(shí)鐘采用50M高穩(wěn)晶振，DDS芯片時(shí)鐘倍頻器設(shè)置倍率為10，使系統(tǒng)時(shí)鐘達(dá)到500 MHz。從而使每個(gè)通道可保證信號(hào)質(zhì)量的最高輸出頻率達(dá)到200 MHz。

　　控制模塊

　　控制模塊的功能主要由MCU芯片組成，MCU內(nèi)部集成豐富的外圍設(shè)備，具有卓越的處理能力，應(yīng)用MCU完成外圍電路，可以使得整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。在本系統(tǒng)中，MCU作為核心控制模塊完成調(diào)制信號(hào)頻率控制字的獲取和載波頻率控制字的接收以及對(duì)DDS的控制。

　　調(diào)制信號(hào)頻率控制字：本系統(tǒng)通過MCU芯片集成的ADC完成調(diào)制信號(hào)頻率控制字的獲取。根據(jù)實(shí)際需要，本系統(tǒng)的調(diào)制信號(hào)為語(yǔ)音信號(hào)，頻率集中在50 ~ 3400 Hz。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，ADC采樣頻率應(yīng)不小于6.4 kHz,，考慮到高速密集采樣可以減少頻偏偏差，因此設(shè)定ADC采樣頻率為100 kHz。語(yǔ)音調(diào)制信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，得到12位數(shù)字信號(hào)，與調(diào)制常數(shù)相乘作為調(diào)制信號(hào)頻率控制字。

　　載波頻率控制字：MCU通過片上集成的UART接口與外部控制模塊進(jìn)行通信，外部控制模塊采用異步通信方式將載波頻率控制字等指令發(fā)送給MCU。MCU收到的指令信號(hào)進(jìn)行處理，并提取出用戶要求的載波頻率控制字。

　　調(diào)頻波頻率控制字：MCU將調(diào)制信號(hào)頻率控制字與載波頻率控制字相加作為調(diào)頻波的頻率控制字并按照DDS的頻率控制字格式進(jìn)行處理后送入DDS。

　　低通濾波器

　　DDS采用數(shù)字化技術(shù)，最終合成信號(hào)是經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后得到的，其頻譜含有豐富的高次頻譜分量，為了得到頻譜純凈的信號(hào)輸出，必須要用低通濾波器將他們?yōu)V除，要求濾波器的衰減特性要陡直，延遲時(shí)間要短。

　　軟件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)，采用C語(yǔ)言編寫，便于移植，可讀性強(qiáng)，主要是根據(jù)AD9958的頻率控制字格式，通過MCU將這些控制字寫入AD9958內(nèi)部的寄存器中，從而產(chǎn)生相應(yīng)的頻率。軟件主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面的功能：系統(tǒng)初始化和頻率控制字寫入。

　　系統(tǒng)初始化：包括MCU自身的初始化配置，以及按照AD9958芯片的寄存器配置方式，向AD9958寫入系統(tǒng)時(shí)鐘、工作模式以及通道選擇等配置指令。

　　頻率控制字寫入：為完成一次頻率控制字更替，MCU需要按照AD9958的頻率字寫入格式發(fā)送一次通道指令，共40位，高8位為寄存器地址(0x04)，低32位為頻率控制字。在一個(gè)ADC采樣周期內(nèi)，必須將通道指令發(fā)送完畢，才能使輸出頻率按照ADC采樣頻率不斷更新，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)頻。AD9958的指令寫入方式可分為串行裝入和并行裝入，本系統(tǒng)采用串行方式裝入，由MCU直接送給AD9958頻率控制字。在每個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘(SCLK)的上升沿由數(shù)據(jù)輸入口SDIO_0移入一位控制字，連續(xù)40個(gè)SCLK周期即可將40位控制字裝入緩沖寄存器中。在更新信號(hào)(IO_UP)信號(hào)上升沿到來以后，控制字傳輸?shù)娇刂萍拇嫫髦?，AD9958的兩個(gè)通道同時(shí)更新輸出頻率。