DDS技術(shù)在高頻石英晶體測試系統(tǒng)中的應(yīng)用

鑒相電路的輸出電壓信號經(jīng)過信號調(diào)理電路轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于進行ADC采集的信號。信號通過STM32F103內(nèi)置的12位ADC通道采集到處理器內(nèi)部。測量過程時，DDS輸出信號的頻率由小變大，π網(wǎng)絡(luò)兩端輸入信號和輸出信號的相位差絕對值由大變小并逐漸接近于零，之后又由小變大。而ADC采集的結(jié)果則由小變大，到達最大值后，又由大變小。因此，這個最大值1．8 V處對應(yīng)的DDS輸出信號頻率即為石英晶體的串聯(lián)諧振頻率。

2 DDS技術(shù)在測試系統(tǒng)中的應(yīng)用
2．1 DDS技術(shù)
DDS有2個突出的特點，一方面，DDS工作在數(shù)字域，一旦更新頻率控制字，輸出的頻率就相應(yīng)改變，其跳頻速率高；另一方面，由于頻率控制字的范圍寬，頻率分辨率高。與傳統(tǒng)的頻率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和頻率快速轉(zhuǎn)換等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電子儀器儀表領(lǐng)域。
AD9912是ADI公司于2007年新推出的一款DDS芯片，內(nèi)部時鐘速度可高達1 GSPS，并集成了14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，因此可以直接輸出400 MHz信號。AD9912采用48位頻率控制字，輸出頻率分辨率小于4μHz。AD9912兼容多種系統(tǒng)時鐘輸入方式，石英晶體、晶體振蕩器和外部時鐘都可以作為其系統(tǒng)時鐘輸入。由于具有片上系統(tǒng)時鐘鎖相環(huán)(PLL)，允許系統(tǒng)時鐘輸入低至25 MHz。
2．2 信號源硬件設(shè)計
筆者選擇ADI公司的AD9912作為信號源的核心。STM32F103通過內(nèi)置高速SPI總線控制AD9912輸出0～400 MHz的掃頻信號。AD9912的工作原理如圖5所示。

AD9912的外圍電路主要由5大模塊組成：電源、時鐘源、SPI通信接口、啟動配置邏輯、輸出信號處理電路。
AD9912的電源分為模擬3．3 V、數(shù)字3.3 V、模擬1．8 V和數(shù)字1．8 V四大類。模擬3．3 V和數(shù)字3．3 V經(jīng)過濾波器互相隔離。模擬1．8 V和數(shù)字1．8 V經(jīng)過濾波器互相隔離。AD9912的參考時鐘選用25 MHz的高性能恒溫石英晶體，AD9912內(nèi)部的PLL電路對該參考時鐘進行40倍倍頻得到1 000 MHz時鐘信號作為AD9912的系統(tǒng)時鐘。32管腳CLKMODESEL為時鐘模式選擇管腳，如果使用石英晶體作為系統(tǒng)時鐘輸入，該管腳應(yīng)該接地，如果使用振蕩器或者外部時鐘源作為系統(tǒng)時鐘輸入，該管腳應(yīng)被上拉至1．8 V。由于選用的是石英晶體，該管腳接地。
SPI通信接口硬件連接如圖6所示。

啟動配置邏輯包含S1，S2，S3，S4四個管腳。其中S4為邏輯0時，選擇時鐘模式：使用石英晶體作為系統(tǒng)時鐘輸入，并且由AD9912內(nèi)部的PLL電路進行倍頻得到時鐘信號；S4為邏輯1時，選擇時鐘模式：由外部直接輸入時鐘信號。因此，把S4設(shè)置為邏輯0。S1、S2和S3的8種不同邏輯組合，用來選擇8組預置的16位頻率控制字。允許在未配置I／O寄存器的情況下，產(chǎn)生8種頻率不同的信號。由于本測試系統(tǒng)需要的是掃描信號，不需要某固定頻率的信號，因此，把S1，S2和S3設(shè)置為邏輯0，使DDS在啟動時不輸出信號。