DDS技術(shù)在高頻石英晶體測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用

鑒相電路的輸出電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合于進(jìn)行ADC采集的信號(hào)。信號(hào)通過(guò)STM32F103內(nèi)置的12位ADC通道采集到處理器內(nèi)部。測(cè)量過(guò)程時(shí)，DDS輸出信號(hào)的頻率由小變大，π網(wǎng)絡(luò)兩端輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差絕對(duì)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(dá)最大值后，又由大變小。因此，這個(gè)最大值1．8 V處對(duì)應(yīng)的DDS輸出信號(hào)頻率即為石英晶體的串聯(lián)諧振頻率。

2 DDS技術(shù)在測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用
2．1 DDS技術(shù)
DDS有2個(gè)突出的特點(diǎn)，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(diǎn)，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(shí)鐘速度可高達(dá)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(hào)。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(shí)鐘輸入方式，石英晶體、晶體振蕩器和外部時(shí)鐘都可以作為其系統(tǒng)時(shí)鐘輸入。由于具有片上系統(tǒng)時(shí)鐘鎖相環(huán)(PLL)，允許系統(tǒng)時(shí)鐘輸入低至25 MHz。
2．2 信號(hào)源硬件設(shè)計(jì)
筆者選擇ADI公司的AD9912作為信號(hào)源的核心。STM32F103通過(guò)內(nèi)置高速SPI總線控制AD9912輸出0～400 MHz的掃頻信號(hào)。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(shí)鐘源、SPI通信接口、啟動(dòng)配置邏輯、輸出信號(hào)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(guò)濾波器互相隔離。模擬1．8 V和數(shù)字1．8 V經(jīng)過(guò)濾波器互相隔離。AD9912的參考時(shí)鐘選用25 MHz的高性能恒溫石英晶體，AD9912內(nèi)部的PLL電路對(duì)該參考時(shí)鐘進(jìn)行40倍倍頻得到1 000 MHz時(shí)鐘信號(hào)作為AD9912的系統(tǒng)時(shí)鐘。32管腳CLKMODESEL為時(shí)鐘模式選擇管腳，如果使用石英晶體作為系統(tǒng)時(shí)鐘輸入，該管腳應(yīng)該接地，如果使用振蕩器或者外部時(shí)鐘源作為系統(tǒng)時(shí)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(dòng)配置邏輯包含S1，S2，S3，S4四個(gè)管腳。其中S4為邏輯0時(shí)，選擇時(shí)鐘模式：使用石英晶體作為系統(tǒng)時(shí)鐘輸入，并且由AD9912內(nèi)部的PLL電路進(jìn)行倍頻得到時(shí)鐘信號(hào)；S4為邏輯1時(shí)，選擇時(shí)鐘模式：由外部直接輸入時(shí)鐘信號(hào)。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(lái)選擇8組預(yù)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(hào)。由于本測(cè)試系統(tǒng)需要的是掃描信號(hào)，不需要某固定頻率的信號(hào)，因此，把S1，S2和S3設(shè)置為邏輯0，使DDS在啟動(dòng)時(shí)不輸出信號(hào)。