AD9833型高精度可編程波形發(fā)生器及其應(yīng)用

1 引言

ad9833是adi公司生產(chǎn)的一款低功耗，可編程波形發(fā)生器，能夠產(chǎn)生正弦波、三角波、方波輸出。波形發(fā)生器廣泛應(yīng)用于各種測量、激勵(lì)和時(shí)域響應(yīng)領(lǐng)域，ad9833無需外接元件，輸出頻率和相位都可通過軟件編程，易于調(diào)節(jié)，頻率寄存器是28位的，主頻時(shí)鐘為25mhz時(shí)，精度為0.1hz，主頻時(shí)鐘為1mhz時(shí)，精度可以達(dá)到0.004hz。

可以通過3個(gè)串行接口將數(shù)據(jù)寫入ad9833，這3個(gè)串口的最高工作頻率可以達(dá)到40mhz，易于與dsp和各種主流微控制器兼容。ad9833的工作電壓范圍為2.3v－5.5v。

ad9833還具有休眠功能，可使沒被使用的部分休眠，減少該部分的電流損耗，例如，若利用ad9833輸出作為時(shí)鐘源，就可以讓dac休眠，以減小功耗，該電路采用10引腳msop型表面貼片封裝，體積很小。

ad9833的主要特點(diǎn)如下：

頻率和相位可數(shù)字編程；

工作電壓為3v時(shí)，功耗僅為20mw；

輸出頻率范圍為0mhz－12.5mhz；

頻率寄存器為28位（在25mhz的參考時(shí)鐘下，精度為0.1hz）；

可選擇正弦波、三角波、方波輸出；

無需外界元件；

3線spi接口；

溫度范圍為－40℃－＋105℃。

2 ad9833的結(jié)構(gòu)及功能

2.1 電路結(jié)構(gòu)

ad9833是一塊完全集成的dds（direct digital frequency synthesis）電路，僅需要1個(gè)外部參考時(shí)鐘、1個(gè)低精度電阻器和一個(gè)解耦電容器就能產(chǎn)生高達(dá)12.5mhz的正弦波。除了產(chǎn)生射頻信號(hào)外，該電路還廣泛應(yīng)外于各種調(diào)制解調(diào)方案。這些方案全都用在數(shù)字領(lǐng)域，采用dsp技術(shù)能夠把復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)算法簡化，而且很精確。

ad9833的內(nèi)部電路主要有數(shù)控振蕩器（nco）、頻率和相位調(diào)節(jié)器、sine rom、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（dac）、電壓調(diào)整器，其功能框圖如圖1所示。

ad933的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器組成，每來1個(gè)時(shí)鐘，相位寄存器以步長增加，相位寄存器的輸出與相位控制字相加后輸入到正弦查詢表地址中。正弦查詢表包含1個(gè)周期正弦波的數(shù)字幅度信息，每個(gè)地址對(duì)應(yīng)正弦波中0°－360°范圍內(nèi)的1個(gè)相位點(diǎn)。查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度的數(shù)字量信號(hào)，去dac輸出模擬量，相位寄存器每經(jīng)過228/m個(gè)mclk時(shí)鐘后回到初始狀態(tài)，相應(yīng)地正弦查詢表經(jīng)過一個(gè)循環(huán)回到初始位置，這樣就輸出了一個(gè)正弦波。輸出正弦波頻率為：

fout＝m（fmclk/228） （1）

其中，m為頻率控制字，由外部編程給定，其范圍為0≤m≤228－1。

vdd引腳為ad9833的模擬部分和數(shù)字部分供電，供電電壓為2.3v－5.5v。ad9833內(nèi)部數(shù)字電路工作電壓為2.5v，其板上的電壓調(diào)節(jié)器可以從vdd產(chǎn)生2.5v穩(wěn)定電壓，注意：若vdd小于等于2.7v，引腳cap/2.5v應(yīng)直接連接至vdd。

2.2 功能描述

ad9833有3根串行接口線，與spi、qspi、mi－crowire和dsp接口標(biāo)準(zhǔn)兼容，在串口時(shí)鐘sclk的作用下，數(shù)據(jù)是以16位的方式加載到設(shè)備上，時(shí)序圖如圖3所示，fsync引腳是使能引腳，電平觸發(fā)方式，低電平有效。進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，fsync引腳必須置低，要注意fsync有效到sclk下降沿的建立時(shí)間t7的最小值。fsync置低后，在16個(gè)sclk的下降沿?cái)?shù)據(jù)被送到ad9833的輸入移位寄存器，在第16個(gè)sclk的下降沿fsync可以被置高，但要注意在sclk下降沿到fsync上升沿的數(shù)據(jù)保持時(shí)間ts的最小和最大值。當(dāng)然，也可以在fsync為低電平的時(shí)候，連續(xù)加載多個(gè)16位數(shù)據(jù)，僅在最后一個(gè)數(shù)據(jù)的第16個(gè)sclk的下降沿的時(shí)將fsync置高，最后要注意的是，寫數(shù)據(jù)時(shí)sclk時(shí)鐘為高低電平脈沖，但是，在fsync剛開始變?yōu)榈蜁r(shí)，（即將開始寫數(shù)據(jù)時(shí)），sclk必須為高電平（注意t11這個(gè)參數(shù)）。

當(dāng)ad9833初始化時(shí)，為了避免dac產(chǎn)生虛假輸出，reset必須置為1（reset不會(huì)復(fù)位頻率、相位和控制寄存器），直到配置完畢，需要輸出時(shí)才將reset置為0；reset為0后的8－9個(gè)mclk時(shí)鐘周期可在dac的輸出端觀察到波形。

ad9833寫入數(shù)據(jù)到輸出端得到響應(yīng)，中間有一定的響應(yīng)時(shí)間，每次給頻率或相位寄存器加載新的數(shù)據(jù)，都會(huì)有7－8個(gè)mclk時(shí)鐘周期的延時(shí)之后，輸出端的波形才會(huì)產(chǎn)生改變，有1個(gè)mclk時(shí)鐘周期的不確定性，因?yàn)閿?shù)據(jù)加載到目的寄存器時(shí)，mclk的上升沿位置不確定。

3 ad9833的引腳功能及時(shí)序

ad9833的引腳排列如圖2所示，各個(gè)引腳的功能描述見表1。

ad9833的時(shí)序特性如圖3、圖4和表2所示。

4 ad9833的內(nèi)部寄存器功能

ad9833內(nèi)部有5個(gè)可編程寄存器，其中包括3個(gè)16位控制寄存器，2個(gè)28位頻率寄存器和2個(gè)12位相位寄存器。

4.1 控制寄存器

ad9833中的16位控制寄存器供用戶設(shè)置所需的功能。除模式選擇位外，其他所有控制位均在內(nèi)部時(shí)鐘mclk的下沿被ad9833讀取并動(dòng)作，表3給出控制寄存器各位的功能，要更改ad9833控制寄存器的內(nèi)容，d15和d14位必須均為0。

4.2 頻率寄存器和相位寄存器

ad9833包含2個(gè)頻率寄存器和2個(gè)相位寄存器，其模擬輸出為

fmclk/228×freqeg （2）

其中：freqeg為所選頻率寄存器中的頻率字，該信號(hào)會(huì)被移相：

2π/4096×phaserec （3）

其中，phaserec為所選相位寄存器中的相位字。

頻率和相位寄存器的操作如表4所示。

5 應(yīng)用設(shè)計(jì)

ad9833可應(yīng)用在l15型飛機(jī)控制盒配套的檢測盒中，利用ad9833產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波，以模擬機(jī)輪速度傳感器的速度信號(hào)，從而對(duì)控制盒的剎車防滑通道能否正常的剎車防滑進(jìn)行檢測。

5.1 ad9833的硬件電路連接

檢測盒設(shè)計(jì)以ti公司的tms320lf2407a型dsp作為核心控制器，應(yīng)用中需要2路速度信號(hào)，因此需要檢測盒給出2路可獨(dú)立調(diào)節(jié)的頻率，圖5示出tms320lf2407a與ad9833的硬件連接。

外接有源晶體振蕩器的輸出送給2個(gè)ad9833作為主頻時(shí)鐘，dsp的spi口采用主動(dòng)工作方式，即用spisimo口發(fā)送數(shù)據(jù)，為了與ad9833的時(shí)序相配合，dsp的接口時(shí)鐘（spiclk信號(hào)）方式選擇有延時(shí)的下降沿，iopc3和iopc5作為電路選通信號(hào)，iopc3為低電平時(shí)u2被選通，此時(shí)對(duì)u1寫數(shù)據(jù)無效；同理，iopc53為低電平時(shí)u1被選通，此時(shí)對(duì)u2寫數(shù)據(jù)無效。

5.2 軟件程序

圖6示出了ad9833的軟件流程。

無論是寫控制寄存器、頻率寄存器還是相位寄存器、在寫數(shù)據(jù)之前都需要把選通信號(hào)置為有效狀態(tài)，這樣寫入的數(shù)據(jù)才會(huì)有效，否則無效。在dsp發(fā)送完1個(gè)數(shù)據(jù)字后將產(chǎn)生spi中斷請(qǐng)求，本設(shè)計(jì)中未使用中斷方式，而且通過查詢中斷標(biāo)志來跳出，并虛讀dsp的接收緩沖器清除中斷標(biāo)志。