DDS基本原理和特點

　　1、DDS基本原理

　　直接頻率合成技術(shù)實際上是通過將存儲的波形數(shù)據(jù)，通過特定算法，經(jīng)過高速D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成所需要模擬信號的數(shù)字合成技術(shù)。其基本原理框圖如圖1所示。

　　由圖1可見，其主要由標準參考頻率源、相位累加器、波形存儲器、數(shù)／模轉(zhuǎn)換器等部分組成。其中，參考頻率源一般是一個高穩(wěn)定的晶體振蕩器，其輸出信號用于DDS中各部件同步工作。當頻率合成器正常工作時，在標準頻率參考源的控制下（頻率控制字K決定了其相位增量），相位累加器則不斷地對該相位增量進行線性累加，當相位累加器積滿量時就會產(chǎn)生一次溢出，從而完成一個周期性的動作，即合成信號的一個頻率周期。累加器的輸出地址對波形ROM進行尋址，從而把存儲在相位累加器中的抽樣值轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的正弦波幅度序列。通過高速D／A變換把數(shù)字量變成模擬量，經(jīng)過低通濾波器進一步平滑并濾掉帶外雜散，得到所需的波形。

　　2、DDS實現(xiàn)的正弦信號分析

　　理想DDS的輸出頻譜就是指不存在相位舍入誤差、幅度量化誤差和DAC誤差時，系統(tǒng)輸出的頻譜。這時，整個DDS系統(tǒng)就相當于理想的采樣保持電路。其輸出信號的頻譜結(jié)構(gòu)是以Sa（·）函數(shù)為包絡(luò)的一組離散譜線，如圖2（所選fc=200 MHz，fo=40 MHz）所示，只在f=nfc±fO=（n±K／2N）fc處存在離散譜線。

　　DDS芯片——AD9854

　　AD9854數(shù)字合成器是AD公司的一款高度集成的DDS器件，其內(nèi)部集成了雙48位頻率累加器，雙48位相位累加器，正余弦波形表，雙12位正交數(shù)模轉(zhuǎn)換器，雙12位數(shù)字倍增器，可編程的基準時鐘倍增器以及調(diào)制和控制電路，能夠在單片機上實現(xiàn)頻率調(diào)制、相位調(diào)制，可編程的幅度調(diào)制以及I，Q兩路正交調(diào)制等多種功能。當AD9854作為一個精確的時鐘源時，它能產(chǎn)生高穩(wěn)定度，頻率一相位一幅度均可編程的正弦和余弦輸出。其主要特點有：

　　工作頻率高 其工作頻率高達300 MHz，其電路結(jié)構(gòu)允許產(chǎn)生頻率達到150 MHz的同時正交輸出信號。相位截斷到17位保證了優(yōu)良的無雜散信號動態(tài)范圍（SFDR）。

　　頻率分辨率高 其創(chuàng)新的高速DDS核提供了48位的頻率分辨率（當SYSCLK為300 MHz時有1μHz的調(diào)節(jié)分辨率）。

　　可編程的基準時鐘倍增器 AD9854的可編程的4×～20×的REFCLK倍增器電路在內(nèi)部從一個低頻的外部參考時鐘產(chǎn)生300 MHz的系統(tǒng)時鐘，節(jié)省了用戶的花費，減小系統(tǒng)時鐘源的難度。

　　內(nèi)部集成高性能DAC 兩個12 b／300 MHz的DAC使輸出信號的信噪比（SNR）滿足要求。

　　簡單的高速串、并行數(shù)據(jù)接口 并行口的數(shù)據(jù)傳輸速率達到100 MHz，串行口也有10 MHz的速度，頻率轉(zhuǎn)換時間最低能達到10 ns。

　　多種工作模式 有五種可編程的工作模式：單音調(diào)模式、非斜升FSK、斜升FSK、線性調(diào)頻和BPSK，在使用中可以根據(jù)不同的需要進行轉(zhuǎn)換。

　　STM32的AD9854 DDS模塊調(diào)試

　　最近一段時間因為比賽需要自己制作信號源，于是在某寶上選用了AD9854 DDS模塊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)就不介紹了，手冊上都有。該模塊可以產(chǎn)生I、Q兩路正交輸出信號，即一路正弦一路余弦信號，還有一路比較器的輸出信號，即方波信號。如果對輸出信號幅度沒要求的話也可以選擇AD9851 這個模塊還是比較經(jīng)典的。調(diào)試方法與9854類似。我采用的是串行通信模式，比較節(jié)省IO口。 首先，對AD9854進行初始化，根據(jù)手冊中時序圖進行代碼編寫，串行模式下S/P必須接低電平，其余功能IO口設(shè)置的輸出輸入分別為推挽輸出模式和上拉輸入模式。初始化程序：

　　［html］ view plain copy《span style=“font-size:18px;”》void AD9854_Init_S（void）

　　{

　　AD9854_M_Reset_H（）;

　　AD9854_SP_L（）;

　　AD9854_SCLK_L（）;

　　AD9854_SDIO_L（）;

　　AD9854_IO_UD_CLK_L（）;

　　AD9854_CS_H（）;

　　AD9854_IO_Reset_H（）;

　　delay_int（10）;

　　AD9854_M_Reset_L（）;

　　delay_int（10）;

　　DATA［3］=0X00;

　　DATA［2］=0X4a; //10倍頻

　　DATA［1］=0X00;

　　DATA［0］=0X60;

　　AD9854_Send_Data（0x07，DATA）;

　　}《/span》

　　其次，開始給寄存器對應(yīng)地址寫值，串行通信地址對應(yīng)0x00~0x0B，并行通信寫地址方式與串行有所區(qū)別，具體參考手冊。簡單的頻率幅度控制的話，關(guān)心的地址只有0x02（I通道頻率控制地址） 0x03（Q通道頻率控制地址） 0x07（倍頻地址） 0x08（I通道幅度控制地址） 0x09（Q通道幅度控制地址）。

　　寄存器寫值先寫低位，在寫高位。

　　0X07地址一共4個字節(jié)，寫值為DATA［3］=0X00;DATA［2］=0X4a;DATA［1］=0X00;DATA［0］=0X60;如果只修改倍頻系數(shù)的話只需要修改DATA［2］的值（范圍4-20倍，實際最大10倍頻），若要其他功能對照手冊修改對應(yīng)地址的值即可。 0x02地址一共6個字節(jié)，100M對應(yīng)頻率字為DATA［0］=55;DATA［4］=55;DATA［3］=55;DATA［2］=55;DATA［1］=55;DATA［0］=55;換算為16進制數(shù)后1M=940000000000；寫值后只需進行移位送入對應(yīng)地址，方便以后頻率步進，掃頻功能。0x03同。有人就會問了：這里頻率設(shè)置了為什么還要設(shè)置倍頻系數(shù)呢？關(guān)于倍頻系數(shù)，如果輸出頻率比較高，而倍頻系數(shù)比較小的話，輸出波形會失真，因此倍頻系數(shù)根據(jù)你輸出的頻率要進行相應(yīng)的設(shè)置。頻率設(shè)置函數(shù)代碼如下：

　　［html］ view plain copy《span style=“font-size:18px;”》void AD9854_SetFre（long long fre） //最高輸入為2^48

　　{

　　DATA［5］=（u8）（fre》》40）;

　　DATA［4］=（u8）（fre》》32）;

　　DATA［3］=（u8）（fre》》24）;

　　DATA［2］=（u8）（fre》》16）;

　　DATA［1］=（u8）（fre》》8）;

　　DATA［0］=（u8）fre;

　　AD9854_Send_Data（0x02，DATA）;

　　AD9854_Send_Data（0x03，DATA）;

　　}//若要I、Q輸出不同頻率，0X03輸入值重新定義個數(shù)組即可。《/span》

　　0x08地址一共2個字節(jié)，經(jīng)實測10mV=450；幅度設(shè)置函數(shù)代碼如下：

　　［html］ view plain copyvoid AD9854_SetSine（u16 Shape）//最高輸入2^16

　　{

　　unsigned char A［2］={0};

　　A［1］=Shape》》8;

　　A［0］=Shape&0XFF;

　　AD9854_Send_Data（0x08，A）;

　　AD9854_Send_Data（0x09，A）;

　　}//若需兩路不同幅度輸出，參照上面頻率控制。

　　這些步驟完成后，連線應(yīng)該會輸出你想要的信號，但是可能會出現(xiàn)恒定輸出某個頻率，并且波形很不光滑有許多臺階，無論如何修改倍頻系數(shù)，輸出不會發(fā)生改變，修改頻率字輸出波形也不會按照你想得那樣變化。這個問題我整了好幾天，真的很是無奈，要求外部5V供電，剛開始用電腦USB供電以為輸入電流小而導(dǎo)致，后來改用穩(wěn)壓電源5V供電，電流2A，還是沒有任何改善，9854模塊上的GND與單片機的GND是接著的，后來才發(fā)現(xiàn)，兩個GND之間存在電壓差，并沒有實現(xiàn)真正的共地，導(dǎo)致芯片工作不正常。

　　解決方法：外部5V供電的同時將9854模塊上的3.3V供電也接到單片機上3.3V電壓處，這樣應(yīng)該是構(gòu)成了回路，GND才實現(xiàn)了真正的共地，問題解決。 9854這個模塊還是很好用的，初始化時序沒問題的話，只要在對應(yīng)地址寫值就可以實現(xiàn)你想要的輸出了。并行通信的話，時序?qū)α耍械刂穼懼瞪晕⒂悬c區(qū)別，也不難，參照手冊即可。