DDS原理及AD9851电路设计、测试
高速DDS集成芯片AD9851原理及应用
高速ＤＤＳ集成芯片ＡＤ9851原理及应用文章介绍了高速DDS芯片AD9851的内部结构、工作原理及功能特点,利用CPLD控制的简单接口实现了正弦波、频率键控波、相位键控波的产生。
标签：DDSAD9851CPLD频率键控相位键控频率合成技术发展至今,DDS(Direct Digital Synthesis)可谓后起之秀。
DDS以其高精度,频率建立和频率切换快,可控制性好,容易实现扫频和频率调制等优点得到了飞速的发展。
DDS通常通过在CPLD或FPGA内设置逻辑电路来实现,理论上可以达到MHz级的信号输出。
但是对于高频信号,DDS的输出波形容易产生由于DA速度不够而带来的失真,同时产生高频信号要求D/A转换后级的I-V转换电路中的运放具有很高的带宽增益积和响应速度。
经实验测试,FPGA内部实现DDS在输出3MHz信号时幅值已经不稳定。
而专用DDS芯片克服了以上缺点,本文介绍的就是其中表现优秀的一款高速DDS芯片。
AD9851结构和工作原理AD9851是Analog Device公司推出的采用先进CMOS技术生产的具有高集成度的低功耗直接数字频率合成器。
内置可软件选通的高速时钟6倍频电路可以只用外部提供较低时钟而产生较高内部参考时钟,对于实际应用中的内部工作频率150MHz,仅需一个25MHz晶振即可,因此减小了高频辐射,提高了系统的电磁兼容能力。
32位的频率累加器可以实现高精度的频率步进,10Bit高速DA转换器可以保证输出信号波形的稳定。
另外,高速比较器可以实现由正弦波到方波的变换,从而直接提供数字电路使用。
各功能模块见AD9851的内部结构框如图1所示。
AD9851控制说明AD9851的可编程功能主要是通过对内部的5个输入数据寄存器写入40位的控制字来实现的。
其控制字寄存器的内容如表1所示:在150MHz系统时钟的情况下频率分辨率是0.035Hz,相位最小步进是11.25°。
控制字的写入有并行和串行两种方式,并行方式是通过数据总线D0-D7来完成的。
DDS芯片AD9850
AD9850 的复位(RESET) 信号为高电平有效，且脉冲宽度不小于 5 个参考时钟 周期。AD9850 的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率（小厮所用为单 片机 89C51，使用 12M 晶振）， 因此 AD9850 的复位(RESET) 端可与单片机 的复位端直接相连。
W-CL K 和 FQ-UD 信号都是上升沿有效，用 MOVX @DPTR , A 指令向 AD 9850 传 送控制字时，P2.7 经反相并与反相后的信号相与得到一上升沿送至 AD9850 的 W-CL K 脚，此时已送到总线上的数据将被 AD9850 接收，连续五次将 40 位 的控制字全部发送以后，用 MOVX A , @DPTR 指令产生 FQ-UD 信号，使 A D9850 更改输出频率和相位，此时读入到单片机内的数据实际上无任何意义。 4.程序设计
AD9852 300 3.3
内置 12 位的 D/A 转换器、高速比较器、线形调频 1200
和可编程参考时钟倍频器
AD9853 165 3.3/5
1150 可编程数字 QPSK/16-QAM 调制器
AD9854 300 3.3
内置 12 位两路正交 D/A 转换器、高速比较器和可 1200
编程参考时钟倍频器
再加一点东西
AD 公司的常用 DDS 芯片选用列表：
型号
最大工 作频率 (MHz)
工作电压 (V)
最大 功耗 (mw)
备注
AD9831 25
3.3/5
120 低电压，经济，内置 D/A 转换器
AD9832 25
3.3/5
120 小型封装，转型输入，内置 D/A 转换器
DDS器件AD9851在频率特性测试仪中的应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
口
］ 叵
ｒ
●
（） ２ 内置高性能的 １ ｉ数模转换器和一个 高速 比较器 ０Ｂｔ （） ３ 具有简单 的控制接 口， 允许串 ， 并行 异步输入控制字。 （） ４ 采用 ３ Ｂｔ ２ ｉ频率控 制字 ， ｉ相位控 制字 ， Ｂｔ ５Ｂｔ ３ ｉ工作 方式控 制 字。 ２Ａ ８ １的封 装 及 引 脚 功 能 ．Ｄ９ ５ Ａ ９ ５ 采用极小 的 ２ 脚贴片式封装 ， Ｄ ８１ ８ 其引脚 功能如 图 ２ 所示 。
Ａ ９５ 控 制 ＡＤ９ ５ Ｔ８Ｓ １ ８ １为 频 率特 性 测试 仪 提 供 高精 度 、 纯 度 、 范 围 的 测试 信 号 源 。 高 宽
［ 键 词 ］ Ａ ８ １ 频 率特 性 关 ＤＤＳ Ｄ９ ５ Ａ ８ １的 功 能 介 绍 及 特 性 Ｄ９ ５ ＡＤ ８ １是 Ａ ９５ Ｄ公 司采 用 先 进 的 Ｄ ＤＳ技 术 的 具 有 高 集 成 度 的 Ｄ Ｓ Ｄ 器件 。 内部 有 高 速 ， 性 能 的 ＤＡ转 换 器 ， 速 比较 器 ， 其 高 ／ 高 可作 为 全数 字 编程 控 制 的 频 率 合 成 器 和 时钟 发 生 器 。 外 接 参 考 频 率 源 时 ， Ｄ ８ １ Ａ ９５ 可 以产 生 一 个 频 谱 纯 净 ，频 率 和 相 位 都 可 以控 制 的 而 且 稳 定 度 非 常 高 的 模 拟 正 弦波 。 个 正 弦 波可 以直 接 作 为 信 号 源 ， 通 过 其 内部 的 高速 比 这 或 较器 转 换 成 为 方 波 输 出 ， 为灵 敏 的 时钟 产 生 器 。 作 其 系统 功 能 原 理 框 图 如 图 １ 示 。 所
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DDS芯片AD9851及其在跳频通信系统中的应用
DDS芯片AD9851及其在跳频通信系统中的应用DDS芯片AD9851及其在跳频通信系统中的应用信息产业部电子第54所高保生摘要：本文介绍了直接数字频率合成技术的发展及原理，重点分析了DDS芯片AD9851的原理及其在跳频系统中的应用。
关键词：DDS；AD9851；跳频通信；频率合成跳频通信技术是一种抗干扰通信技术，近年来得到广泛的应用。
跳频通信的核心技术之一是跳频频率合成技术。
频率合成技术主要有三种方式，即直接合成、锁相频率合成和直接数字合成(DDS)。
其中直接数字合成DDS较前两种方法有很大不同，它直接对参考正弦时钟进行抽样和数字化，然后通过数字计算技术进行频率合成。
与其它频率合成方法相比，它的优点是：相位连续，频率分辨率高，频率转换速度快。
另外还具有价格低廉和良好的可再调制性能。
而跳频频率合成器要求频率转换速度快，输出频率范围宽，而且易于使用，由此可见高速DDS很适合于用作跳频频率合成器。
1.DDS的原理及特点如图1所示，DDS由相位累加器、正弦查表、D/A转换器和低通滤波器组成。
图1中的参考时钟是一个稳定的晶体振荡器，用它来同步整个合成器的各个组成部分，相位累加器类似于一个简单的计数器，在每个时钟脉冲输入时，它的输出就增加一个步长的相位增量值。
相位累加器把频率控制字FSW的数据变成相位抽样来确定输出频率的大小。
相位增量的大小随外部指令FSW的不同而不同，一旦给定了相位增量，输出频率也就确定了。
当用这样的数据寻址时，正弦查表就把存储在相位累加器中的抽样值转换成正弦波幅度的数字量函数。
D/A变换器把数字量变成模拟量，低通滤波器进一步平滑并滤掉带外杂散，得到所需的信号波形。
DDS的输出频率f O和参考时钟fr、相位累加器长度N以及频率控制字FSW的关系为：f O=f r·FSW/2NDDS的频率分辨率为：Δf O=f r/2N由于DDS的输出最大频率受奈奎斯特抽样定理限制，所以：f max=f r/2目前，DDS产品有Qualcomm公司的Q2334、Q2368；AD公司的AD7008，AD9850，AD9851等，本文主要以AD公司的AD9851进行介绍。
基于DDS芯片AD9851的精密跳频信号发生器
基于DDS芯片AD9851的精密跳频信号发生器时间:2007-5-9作者:罗正宁、张斌、黄成甲、陈来源:摘要：直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis简称DDS）是近年来迅速发展起来的一种新的频率合成方法，广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。
而AD9851是美国模拟器件公司（ADI）最新推出的高品质、高集成度DDS芯片。
本设计采用该DDS芯片作为核心元件，以ATmage 16单片机为主控器件，1602点阵式字符型液晶显示模块作为显示器，构成了一种精密的DDS信号发生器。
文中详细介绍了DDS的基本工作原理以及该精密信号发生器的软、硬件设计方法，给出了具体的程序设计方案。
设计实现的信号发生器，输出频率范围为0～6 0MHz、最小步进为1Hz、输出信号幅度大于0.8Vp-p、杂散小。
关键词：直接数字频率合成（DDS）；AD9851；AVR；信号发生器；频率控制字The Design of Precision Signal Generator on the Base of DDS chip AD9851 Abstract:Direct Digital Frequency Synthesis is a kind of new synthetic me thod,which is applied widly is the fields of communication,navigation,radar remote control,telemetering,electronic antagonism and modern instrument-making industry.AD9851 is a kind of chip with high suality and high integr ated,which is popularized lately by ADI corporation.The precision signal ge nerator,which can generate a export freguency up to 60 MHz,the minimum step is 1 Hz,the extent of export signal is more than 0.6 Vp-p and the m inimum emission,base on the DDS chip as a core element,the ATmage16 Microcontroller as a main control element, LCD1602 Liguid Crystal Display module as a monitor.This paper introduces the working principle of DDS,th e design method of the precision sig anal generator’s software and hardwar e in details, and advances the specific design scenario of procedure as wel l.Keyword: DDS; AD9851; AVR; Signal generator; Frequency control word1 前言信号源作为一种基本电子设备,无论是在教学、还是在科学技术研究中，都有着广泛的使用。
江苏省无线电运动协会 AD9850 9851DDS 电路说明书
AD9850/9851DDS电路使用说明书江苏省无线电运动协会2007年3月9850/9851DDS电路简介AD9850/9851DDS电路是专为业余无线电电台设计的，它提供本机振荡信号和波段控制信号，特别适合做自制电台的本振源及老电台改造。
本电路使用有背光1602型通用液晶显示器，显示接收频率及工作模式。
电路大部分元器件为贴片封装，体积小，便于安装（PCB尺寸：36*93mm）。
在满足基本应用的条件下尽量简化设计，以提高性价比。
本电路可以使用AD9850（时钟100MHz）或AD9851（时钟20MHz）芯片，由用户设置。
中频频率可以由用户任意设置。
波段控制输出可以选择4波段或9波段，由用户设置。
所有设置均由软件实现并保存在芯片内。
关机前的工作频率将被保存，下次开机将工作在这个频率。
为简化电路，10MHz以下设计为高本振、10MHz以上为低本振，这样只要一个插入载频即可以完成对10MHz以下的LSB解调和10MHz以上的USB解调。
当然也可以用两个插入载频实现任意频率的上下边带解调。
主要功能如下：1．频率范围：0.1-30MHz2．频率分辨率：10Hz3．频率步进：10Hz、100Hz、1KHz、10KHz、100KHz、1MHz4．输出电平：约5dBm5．存储频点：20个存储频点可由用户任意设置。
6．显示模式：USB、LSB、CW、AM、FM7．接收频率微调：具有加减80KHz的接收频率微调功能。
8．收发转换：两种发信方式：普通方式和CW方式。
9．电源：电压8-12V DC，电流约180mA(背光打开)，110mA（背光关闭）。
其他功能：1．频率校正：对DDS芯片的基准频率误差可通过软件设置校正。
2．边带切换：10MHz以下为LSB、10MHz以上为USB，自动切换。
CW发信方式是利用了DDS的特点而特别设计的，如果选择这种方式，则发信时DDS将直接输出所需的频率而不需要任何频率变换，简化了发信电路。
基于DDS芯片AD9851的步进频率源的设计与实现
基于DDS芯片AD9851的步进频率源的设计与实现徐晓林1，刘四新2（1.沈阳航空工业学院，辽宁沈阳 110136；2.吉林大学，吉林长春 130000）【摘 要】直接数字频率合成是现代频率合成技术的一种高新技术，以其频率分辨率高、相位噪声低、频率转换时间短等特点广泛应用于通信、雷达、宇航、电视广播等应用领域。
文章以DDS芯片AD9851为基础，采用AT89S51单片机分别对AD9851进行串行与并行控制，然后阐述了如何利用AD9851设计了一种应用于探地雷达的步进信号源。
【关键词】DDS；AD9851；串行与并行；步进频率源【中图分类号】TN74 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)05-0062-02（一）引言随着微电子技术的不断进步，在通信、雷达、宇航、电视广播、遥控遥测和电子测量仪器等应用领域往往需要在一个频率范围内提供一系列高准确度和稳定度的频率源，所以频率源是现代电子系统的关键，而寻求一种高稳定度，高分辨率的信号源是最主要的，一种新型频率合成技术—直接数字式频率合成(DDS)正飞速的发展，其性能和特点相比其他频率合成技术更具有优越性，表现在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比，这是传统模拟技术无可比拟的。
运用DDS技术合成频率是目前频率合成领域中最为先进的技术，也是目前频率合成的发展方向。
（二）DDS的工作原理直接数字频率合成技术是从相位概念出发，直接对参考正弦信号进行采样，得到不同的相位，通过相位描述正弦函数。
DDS以稳定度高的参考时钟为参考源，利用采样定理，通过查表法产生波形。
它的基本结构包括相位累加器，加法器，波形存储器（ROM），D/A转换器，和低通滤波器（LPF），其基本原理可由图1表示。
图1DDS原理图DDS系统的核心是相位累加器，在采样时钟信号c f的控制下，通过由频率控制字控制的相位累加器输出相位码，即每来一个时钟脉冲c f，相位累加器的输出就增加一个相位增量值，相位累加器按频率控制字K产生信号数字化拟合所需的线性相位取样值，对波形存储器寻址，将存储于只读存储器的波形量化采样后,数据值按一定的规律读出，D/A转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号，经低通滤波器用于滤除不需要的频率分量，以输出频谱纯净的正弦波信号。
AD9851信号发生器电路图原理
AD9851信号发生器电路图原理本文基于直接数字频率合成(DDS)原理，采用AD9851型DDS器件设计一个信号发生器，实现50Hz～60MHz范围内的正弦波输出。
通过功率放大，在50Ω负载的情况下，该信号发生器在50Hz～10MHz范围内输出稳定正弦波，电压峰峰值为0～5V±0．3V。
0引言直接数字合成(Direct Digital Synthesis—DDS)是近年来新的电子技术。
单片集成的DDS产品是一种可代替锁相环的快速频率合成器件。
DDS是产生高精度、快速变换频率、输出波形失真小的优先选用技术。
DDS以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过高速D／A变换器产生所需的数字波形(通常是正弦波形)，这个数字波经过一个模拟滤波器后，得到最终的模拟信号波形。
DDS系统一个显著的特点就是在数字处理器的控制下能够精确而快速地处理频率和相位。
除此之外，DDS的固有特性还包括：相当好的频率和相位分辨率(频率的可控范围达μHz级，相位控制小于0．09°)，能够进行快速的信号变换(输出DAC的转换速率百万次／秒)。
1AD9851集成芯片简介AD9851是在AD9850的基础上，做了一些改进以后生成的具有新功能的DDS芯片。
AD9851相对于AD9850的内部结构，只是多了一个6倍参考时钟倍乘器，当系统时钟为180MHz时，在参考时钟输入端，只需输入30MHz的参考时钟即可。
AD9851是由数据输入寄存器、频率／相位寄存器、具有6倍参考时钟倍乘器的DDS芯片、10位的模／数转换器、内部高速比较器这几个部分组成。
其中具有6倍参考时钟倍乘器的DDS芯片是由32位相位累加器、正弦函数功能查找表、D／A变换器以及低通滤波器集成到一起。
这个高速DDS芯片时钟频率可达180MHz，输出频率可达70MHz，分辨率为0．04Hz。
AD9851可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制且稳定性很好的模拟正弦波，这个正弦波能够直接作为基准信号源，或通过其内部高速比较器转换成标准方波输出，作为灵敏时钟发生器来使用。
多个基于DDS芯片AD9850 AD9851的合成器的同步方法
多个基于DDS芯片AD9850/AD9851的合成器的同步方法一．概述在许多应用中，要求产生两个或者更多明确的相位相关的正弦信号，例如相位正交，美国ADI( Analog Devices Inc)公司推出的AD9850和AD9851 DDS集成芯片就可以提供这样的正弦信号。
本文详细地介绍了DDS芯片AD9850/AD9851的基本原理以及多个基于DDS芯片AD9850/AD9851的合成器的同步方法，提供了实现的步骤和指令，并且讨论了产生相位错误的可能原因。
二．基本原理1、AD9850/AD9851的基本特点和工作原理AD9850/AD9851是AD公司生产的最高时钟为125MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器。
它结合一个片内高速、高性能DAC和比较器构成一个完整的数字控制可编程频率合成器，是具有时钟产生功能的高集成度芯片。
由于采用了CMOS技术，其功耗较小，在＋5V 电源供电，125MHz时钟时，能以380mW的功率工作。
AD9850/AD9851具有以下特点：a)125MHz的时钟频率；b)集成在一块集成电路芯片上的高性能DAC以及高速比较器；c)5bits相位调制；d）32bits频率控制字；e）40MHz模拟输出时，DAC输出的抑制寄生动态范围SFDR>50dB；f) ＋5V电源供电，125MHz时钟时，功率为380mW；g)简化的控制接口，并行或串行输入形式；h)极小的28管脚表面封装形式。
图1为AD9850/AD9851的功能模块图。
由此可以看出，这两种芯片只有微小的区别，那就是AD9851有一个6x时钟乘法器和MUX，而AD9850没有。
在DDS (Direct Digital Synthesis，直接数字式频率合成)内核前有两个寄存器，第一个是移位寄存器，它接收5字节的并行数据或者40位的串行数据，由字输入时钟信号W_CLK将数据锁存到该寄存器中。
当第二个寄存器由FQ_UD信号触发后，它就会将移位寄存器中的内容送到DDS内核，此过程在系统时钟信号的下一个上升沿完成。
自动化毕业论文：基于AD9851的DDS信号源发生器
学号：070275070河南大学2011届本科毕业论文基于AD9851的DDS信号源发生器DDS Signal Generator based on AD9851论文作者姓名：魏登明作者学号：070275070所在学院：计算机与信息工程学院所学专业：自动化导师姓名职称：赵建军（教授）论文完成时间：2011年5月10日2011年5月10日河南大学2011届毕业设计（论文、创作）开题报告（学生本人填写）河南大学2010届毕业论文（设计、创作）任务书（导师根据学生的开题报告填写）指导教师签名：2011年4 月5 日河南大学2011届毕业设计（论文、创作）中期检查表（导师只填写评语，其他由学生填写）河南大学2011届毕业论文（设计、创作）教师评阅成绩表学院名称：计算机与信息工程学院河南大学2010届毕业论文（设计、创作）综合成绩表备注：一、论文的质量评定，应包括对论文的语言表达、结构层次、逻辑性理论分析、设计计算、分析和概括能力及在论文中是否有新的见解或创新性成果等做出评价。
从论文来看学生掌握本专业基础理论和基本技能的程度。
二、成绩评定采用结构评分法，即由指导教师、评阅教师和答辩委员会分别给分（以百分计），评阅教师得分乘以20%加上指导教师得分乘以20%加上答辩委员会得分乘以60%即综合成绩。
评估等级按优、良、中、差划分，优90-100分；良76-89分；中60-75分；差60分以下。
三、评分由专业教研室或院组织专门评分小组（不少于5人），根据指导教师和答辩委员会意见决定每个学生的分数，在有争议时，应由答辩委员会进行表决。
四、毕业论文答辩工作结束后，各院应于6月20日前向教务处推荐优秀论文以汇编成册，推荐的篇数为按当年学院毕业生人数的1.5%篇。
五、各院亦可根据本专业的不同情况，制定相应的具有自己特色的内容。
须报教务处备案。
河南大学本科生毕业论文（设计、创作）承诺书说明：学生毕业论文（设计、创作）如有保密等要求，请在备注中明确，承诺内容第2条即以备注为准。
电子DDS及AD9851原理
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（9）软件编程
如果采用串行方式送40位频率控制字，其W0—W39定义如下：
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（9）程序示例——串行方式送控制字输出1KHz
#include<regx51.h> #include <intrins.h> sbit FQ_QD_AD9851 sbit CLK_AD9851 sbit DataIn_AD9851 sbit RST_AD9851 = P1^0; = P1^1; = P1^2; = P1^3;
《DDS应用》 成都理工大学工程技术学院 石坚
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DDS信号发生器及其典型器件应用 （6）并行工作方式
通过8 位数据总线D0～D7 来完成全部40 位控制数据的输入。复位信号 RESET 有效会使输入数据地址指针指向第一个输入寄存器,W_CL K上升 沿写入第一组8 位数据,并把指针指向下一个输入寄存器,连续5 个W_CL K 上升沿后,即完成全部40 位控制数据的输入,此后W_CL K信号的边沿无效 。当FQ _UD 上升沿到来之际40 位数据会从输入寄存器被写入频率和相位 控制寄存器,更新DDS 的输出频率和相位,同时把地址指针复位到第一个输 入寄存器,等待着下一组新数据的写入。 《DDS应用》 成都理工大学工程技术学院 石坚
《DDS应用》 成都理工大学工程技术学院 石坚
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（9）程序示例——并行方式送控制字输出1KHz
#include<regx51.h> #include <intrins.h> sbit FQ_QD_AD9851 = P1^0; sbit CLK_AD9851 = P1^1; sbit RST_AD9851 = P1^2; unsigned long int freq = 0; unsigned char Control_AD9851 = 0x01; unsigned char W1=0X0e; unsigned char W2=0X38; unsigned char W3=0Xe3; unsigned char W4=0X8e; void Parallel2Serial_AD9851(void) //并行写入控制字 { FQ_UD_AD9851=0; CLK_AD9851=0; P0=Control_AD9851; CLK_AD9851=1; CLK_AD9851=0; ////////////////////////////////////// 《DDS应用》 成都理工大学工程技术学院 石坚
基于DDS芯片AD9851的电火花加工脉冲电源的设计
引言
电火花 加 工是 利 用工 作液 中的两 极 间不 断产生脉冲 性的火花放 电，依靠每次放 电时产 生 的局 部、瞬时高温把 金属材料逐 次微量蚀除 下来 ，从 而切割成形 的特种加工方法 ，又称放 电加工 或 电蚀加工 。脉冲 电源作为 电火 花加 工机床 的主 要组成部分 ，为击穿加工介质 提供 所需要 的电压，并在 间隙击 穿后提供 能量 以蚀 除金属 ，其 性能的好坏直 接决定 了加工设 备稳 定性和生 产效率 的高低 。传 统的 电火花 加工 脉冲 电源有 Ｒ ｃ 式、 电子 管式和 晶体管 式等 多种 形式 弛张式Ｒ ｃ 脉冲 电源是 电火花加工 中最 早使用 的脉 冲电源 ，结构 简单、使用可靠 ，特 别是能够产 生脉 冲宽度很 小的窄脉冲 ，但 是在 放 电过程 中脉冲 能量不可控 。随着 电子技术 、 计算机技术 和控制技术 的发展，现在开发 的脉 冲 电源正 向着智能化 、节 能化 、安全化 的方 向 发展 。而 在微 电子技 术发 展的 带动下 ，Ｄ Ｓ Ｐ 芯片 的应 用得 到迅速 发展 ，因此 基于Ｄ Ｓ Ｐ 芯 片 的开关 电源拥有着 广阔 的前景 ，成为今后开 关 电源 的发展趋势 。单片机芯片控 制的脉冲 电源 就是其 中之 一。本文 以Ａ Ｄ ９ ８ ５ １ 为核心 ，结合 Ａ Ｔ ８ ９ Ｓ ５ ２ 微 处理控 制器 芯片 的共 同作用 ，产 生 高频 可调 的脉冲 波形，满足 电火 花微细加工 的 要求 。同时 ，为保 证加工 的实 时性和准确性 ， 采用 Ａ ／ Ｄ 芯片 进行数 据采集 和转 换，并 反馈 回 单片机 中进行数据 处理，调节产生 的脉冲及控
是高 电平时 ，Ｖ Ｔ Ｉ 导通 ，电流经 三极管Ｖ Ｔ Ｉ ，二 极 管Ｖ Ｄ Ｉ 以及 电阻Ｒ ３ 向场 效应 管的输 入电容 快 速充 电，栅 极电位迅速升 高，达到开启 电压 使 中在某一局部 点放 电，局部热量 累积 ，导致温 漏 源端 导通 ，此 时Ｖ Ｔ ２ 处 在截止 状态 。相反 ， 度 升高，恶性循环 ），所 以要有 足够的脉冲 时 当输 入端ｖ ｉ 变 为低 电平时 ，Ｖ Ｔ ２ 导通 而Ｖ Ｔ １ 转 间。 为截止 ，充满 电的输 入 电容经Ｖ Ｔ ２ 对地 快速放 本 脉冲 信 号发 生器 选用 了Ａ Ｄ ９ ８ ５ １ 芯 片和 电，使场 效应管的漏源 端迅速关断。 Ａ Ｔ ８ ９ Ｓ ５ ２ 微 处理控制 器 ，同时采 用功率场 效应 管 （ Ｍ ０ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ ）作为 高频功率开关 管。Ａ Ｄ ９ ８ ５ ｉ 的 脉冲频 率可 以调节 ，能够产生最大 的脉冲频率 为１ ８ ０ Ｍ Ｈ ，为 一款 高频高 精度脉 冲发 生Ｄ Ｄ Ｓ 芯 片 。可 以由外 围 电路 来控 制 它 的输 出脉 冲频 率 ，其外 围 电路 简单 ，体积较 小 ，可节省Ｐ Ｃ Ｂ 板面积 。脉冲信号产生 的原理如 图２ 。 图 中Ａ Ｔ ８ ９ Ｓ ５ ２ 的 引脚 Ｐ ｉ ． ０ ～Ｐ １ ． ７ 连 接到 Ａ Ｄ ９ ８ ５ １ 的Ｄ ０ ￣Ｄ ７ 脚 ，作 为Ａ Ｄ ９ ８ ５ １ 的并／ 串行数据 图３脉冲驱动放大电路 输入 端 口。同时Ｐ ２ ． ０ 、Ｐ ２ ． １ 作为 ｚ ／ ｏ 口输 出数 据控￥ Ｊ ， Ａ Ｄ ９ ８ ５ ｉ 的Ｆ Ｑ Ｕ Ｄ 、Ｗ Ｃ Ｌ Ｋ 。在 该设计中采 ３ ． 软件编程 用单片机Ａ Ｔ ８ ９ Ｓ ５ ２ 对Ｄ Ｄ Ｓ 置 数，应用并行置 数的 软件 编程 主要 是依 据Ａ Ｄ ９ ８ ５ ｌ 的不 同控制 方式 。选用 ３ ０ Ｍ 有 源 晶振为外 部时钟 源 ，可保 字方 式，在芯片 内写入 不 同功 能的控 制字 。其 证Ｄ Ｄ Ｓ 输出信号的频率精度和稳定性 。 重 点就是计算频 率控制字 ，￣Ａ Ｄ ９ ８ ５ １ 参考时钟 为３ ０ 瑚ｚ ，同时开 启６ 倍频器时 ，则输 出频率 ｆ ＝ （ ３ ２ 位控 制字 Ｘ １ ８ ０ Ｍ Ｈ ｚ ） ／ ２ 。本系统采 用并行 输入方式 ，软件流程 图如 图４ 所示 。
DDS器件AD9851在频率特性测试仪中的应用
１．ＡＤ９８５１的功能介绍及特性ＡＤ９８５１是ＡＤ公司采用先进的ＤＤＳ技术的具有高集成度的ＤＤＳ器件。
其内部有高速，高性能的Ｄ／Ａ转换器，高速比较器，可作为全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。
外接参考频率源时，ＡＤ９８５１可以产生一个频谱纯净，频率和相位都可以控制的而且稳定度非常高的模拟正弦波。
这个正弦波可以直接作为信号源，或通过其内部的高速比较器转换成为方波输出，作为灵敏的时钟产生器。
其系统功能原理框图如图１所示。
图１ＡＤ９８５１内部结构原理框图ＡＤ９８５１的主要特性有：（１）允许最高输入时钟１８０ＭＨｚ，同时提供可选择的片内６倍频乘法器。
（２）内置高性能的１０Ｂｉｔ数模转换器和一个高速比较器（３）具有简单的控制接口，允许串／并行异步输入控制字。
（４）采用３２Ｂｉｔ频率控制字，５Ｂｉｔ相位控制字，３Ｂｉｔ工作方式控制字。
２．ＡＤ９８５１的封装及引脚功能ＡＤ９８５１采用极小的２８脚贴片式封装，其引脚功能如图２所示。
图２ＡＤ９８５１的引脚排列图Ｄ０～Ｄ７：８位数据输入口，可给内部寄存器装入４０Ｂｉｔ控制数据。
ＰＧＮＤ：６倍频乘法器地。
ＰＶＣＣ：６倍频乘法器电源。
Ｗ＿ＣＬＫ：字装入时钟信号输入端，上升沿有效。
ＦＱ＿ＵＤ：频率更新控制信号输入端，上升沿确认输入数据有效。
ＦＲＥＦＣＬＯＣＫ：外部参考时钟输入端。
可直接输入给系统时钟或通过６倍频乘法器倍频后再提供给系统时钟。
ＡＧＮＤ：模拟地。
数模转换器和比较器的模拟接地端。
ＡＶＤＤ：模拟电源（＋５Ｖ）。
数模转换器和比较器的正电压端。
ＤＧＮＤ：数字地。
ＤＶＤＤ：数字电源（＋５Ｖ）。
ＲＳＥＴ：ＤＡＣ外部复位连接端。
通过一个３．９２Ｋ的电阻接地。
ＶＯＵＴＮ：内部比较器负向输出端。
ＶＯＵＴＰ：内部比较器正向输出端。
ＶＩＮＮ：内部比较器的负向输入端。
ＶＩＮＰ：内部比较器的正向输入端。
ＤＡＣＢＰ：ＤＡＣ旁路连接端。
ＩＯＵＴＢ：“互补”ＤＡＣ输出。
ＩＯＵＴ：内部ＤＡＣ输出端。
基于AD9851扫频信号发生器的设计
图 1 DDS 的 原理框图 2 AD9851 的原理特性 AD9851 芯片是 AD 公司采用先进 CMOS 技 术生产的最 高时钟为 180MHz、高 集成度直接数字式 频率合成器件。它 由一个高速 DDS, 一个 高速、高 性能 DAC 以 及比 较器 等构 成一个完全数字控 制可编 程频率合 成器, 其时 钟输入 端内 置一个 6 倍频乘法器, 并 且具有 时钟产生 功能。AD9851 的 原理框图如图 2 所示, 可将 其用作一 个高 精度 可编程 的数 字频率合成器和时钟 生成器。当参考时钟源的频率精度很 高时, 其输出数字化的模拟正弦波的频率和相位都很稳 定,
ing characteristics of highly integrated products- chips named AD9581 that produced by American Analog Devices Company using the syn-
基于DDS芯片AD9851的高压脉冲发生器设计
基于DDS 芯片AD9851的高压脉冲发生器设计肖 珊,鲁五一(中南大学信息科学与工程学院 湖南长沙 410075)摘 要:设计了一种基于DDS (直接数字频率合成)芯片AD9851的可调高压脉冲发生器,该发生器主要由脉冲形成控制部分、信号放大部分及隔离3部分组成。
通过单片机、DDS 芯片及控制电路可以产生脉宽可调的脉冲信号,通过电阻分压调节器、高压变压器等外围电路来实现幅度可调的高压脉冲,不仅提高了脉冲发生器工作的稳定性,而且能方便、实时地实现脉冲宽度与幅度的在线调节。
关键词:脉冲;AD9851;频率;高压中图分类号:TN782 文献标识码:B 文章编号:1004373X (2007)0201703Design of High Voltage Pulse G enerator B ased on DDS ChipAD9851XIAO Shan ,L U Wuyi(Information Science &Engineering College ,Central South University ,Changsha ,China )Abstract :The paper introduces the design of an adjusting high voltage pulse generator based on the chip of AD9851(DDS ).The high voltage pulse generator is mainly composed of the pulse generation ,signal amplification and isolation unit.Pulse width is adjustable by single chip ,DDS and control circuit.By voltage adapter and high voltage transformer ,it generates high voltage pulse whose amplitude is adjustable.It can improve the stability of high voltage pulse generator and adapt the pulse width and amplitude conveniently.K eywords :pulse ;AD9851;f requency ;high voltage收稿日期:20060711 当代脉冲发生器里的脉冲形成器件,大部分是用火花气隙(spark gap )和高压电子开关(high voltage switch )。
DDS原理及AD9851电路设计测试
DDS原理及AD9851电路设计测试1.DDS原理DDS(直接数字合成)是一种将数字信号直接转换为模拟信号的技术。
其基本原理是通过数字信号产生器(Digital Signal Generator，简称DSG)产生一系列数字信号，然后通过数模转换器(Digital-to-Analog Converter，简称DAC)将数字信号转换为模拟信号，并通过滤波器进行滤波，最终得到所需的模拟信号。
具体步骤如下：1)数字信号产生器产生一系列的数字信号，通常是一组离散值构成的数字序列，这些数字值代表信号的幅值、频率和相位等参数；2) 数模转换器将数字信号转换为模拟信号，通常使用采样-保持器(Sample-and-Hold)实现；3)模拟信号经过滤波器滤波，去除数字信号中的高频成分，得到所需的模拟信号。
2.AD9851电路设计AD9851是ADI公司推出的一款高速数字信号产生器芯片，它能够以高精度和高速度直接产生基带信号，并且具有频率和相位的调节功能。
以下是AD9851电路设计的主要内容：1)模数转换器(MCU)：使用一个高性能的MICROCHIP公司的单片机2)AD9851芯片：将MCU产生的数字信号转换为模拟信号3)LC滤波器：进行模拟信号的滤波以去除高频成分4)驱动电路：AD9851芯片需要外部提供适当的电压和电流来保证其正常工作5)显示部分：用于显示AD9851芯片输出的信号的频率、相位等参数。
3.AD9851电路测试AD9851电路测试主要包括功能性测试和性能测试。
功能性测试：1)频率输出测试：通过设置AD9851芯片的寄存器，分别输出一系列的不同频率信号，通过频谱分析仪检测输出信号的频率是否与设置一致；2)相位调节测试：通过设置AD9851芯片的寄存器，调节输出信号的相位，通过示波器观察输出信号的相位变化；3)实时调节测试：通过MCU控制AD9851芯片，实时在示波器上显示输出信号的频率和相位的变化情况，验证AD9851芯片的实时控制性能。
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（3）频率分辨率极高 若时钟 Fi 的频率不变，DDS 的频率分辨率就由相位累加器的位数 N 决定。只要增加
相位累加器的位数Ｎ即可获得任意小的频率分辨率。目前，大多数 DDS 的分辨率在 1Hz 数量级，许多小于 1mHz 甚至更小。 （4）相位变化连续
四．DDS 频率合成的特点
（1）输出频率相对带宽较宽 输出频率带宽为 50％Fi（理论值）。但考虑到低通滤波器的特性和设计难度以及对输 出信号杂散的抑制，实际的输出频率带宽仍能达到 40％Fi。 （2）频率转换时间短 DDS 是一个开环系统，无任何反馈环节，这种结构使得 DDS 的频率转换时间极短。 事实上，在 DDS 的频率控制字改变之后，需经过一个时钟周期之后按照新的相位增量累 加，才能实现频率的转换。因此，频率转换的时间等于频率控制字的传输时间，也就是 一个时钟周期的时间。时钟频率越高，转换时间越短。DDS 的频率转换时间可达纳秒数 量级，比使用其它的频率合成方法都要短数个数量级。
相位累加器 U3 由Ｎ位加法器与Ｎ位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲 F0，加 法器将频率控制字 M 与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加 寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生的新相位数 据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相 加。此过程的伪代码表述如下：
电平状态（逻辑关系）如下表:
ROM 地址总线 B3-B0 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
ROM 地址选通线 A0-A15
0111 1111 1111 1111 1011 1111 1111 1111 1101 1111 1111 1111 1110 1111 1111 1111 1111 0111 1111 1111 1111 1011 1111 1111 1111 1101 1111 1111 1111 1110 1111 1111 1111 1111 0111 1111 1111 1111 1011 1111 1111 1111 1101 1111 1111 1111 1110 1111 1111 1111 1111 0111 1111 1111 1111 1011 1111 1111 1111 1101 1111 1111 1111 1110
DDS 原理及 AD9851 电路设计、测试
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一．DDS（Direct Digital Synthesis）直接频率合成技术概况
在频率合成（FS, Frequency Synthesis）领域中，常用的频率合成技术有模拟锁相环、 数字锁相环、小数分频锁相环（fractional-N PLL Synthesis）等，直接数字合成(Direct Digital Synthesis－DDS)是近年来新的 FS 技术。单片集成的 DDS 产品是一种可代替锁相环的快 速频率合成器件。DDS 是产生高精度、快速变换频率、输出波形失真小的优先选用技术。 DDS 以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过高 速 D/A 变换器产生所需的数字波形（通常是正弦波形），这个数字波经过一个模拟滤波器 后，得到最终的模拟信号波形。如图 2 所示，通过高速 DAC 产生数字正弦数字波形，通 过带通滤波器后得到一个对应的模拟正弦波信号，最后该模拟正弦波与一门限进行比较 得到方波时钟信号。
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出 5V，中间值 n8 输出 2.5V，最小值 n12 对应输出 0V。
ROM 地址总线 B0-B3, ROM 地址选通线 A0-A15 以及 ROM 数据输出总线 D0-D7 的
六．AD9851 简介
1.AD9851 芯片是美国模拟器件公司采用先进 DDS 直接数字频率合成技术生产的高 集成度产品。AD9851 是在 AD9850 的基础上，做了一些改进以后生成的具有新功能的 DDS 芯片。AD9851 相对于 AD9850 的内部结构，只是多了一个 6 倍参考时钟倍乘器，当 系统时钟为 180MHz 时，在参考时钟输入端，只需输入 30MHz 的参考时钟即可。如图 4 （AD9851 内部结构）所示，AD9851 是由数据输入寄存器、频率/相位寄存器、具有 6 倍 参考时钟倍乘器的 DDS 芯片、10 位的模/数转换器、内部高速比较器这几个部分组成。 其中具有 6 倍参考时钟倍乘器的 DDS 芯片是由 32 位相位累加器、正弦函数功能查找表、 D/A 变换器以及低通滤波器集成到一起。这个高速 DDS 芯片时钟频率可达 180MHz， 输 出频率可达 70 MHz，分辨率为 0.04Hz。
DDS 系统一个显著的特点就是在数字处理器的控制下能够精确而快速地处理频率和 相位。除此之外，DDS 的固有特性还包括：相当好的频率和相位分辨率（频率的可控范 围达μHz 级，相位控制小于 0.09°）,能够进行快速的信号变换（输出 DAC 的转换速率 300 百万次/秒）。这些特性使 DDS 在军事雷达和通信系统中应用日益广泛。
改变 DDS 输出频率，实际上改变的每一个时钟周期的相位增量，相位函数的曲线是 连续的，只是在改变频率的瞬间其频率发生了突变，因而保持了信号相位的连续性。 （5）输出波形的灵活性
只要在 DDS 内部加上相应控制如调频控制 FM、调相控制 PM 和调幅控制 AM，即 可以方便灵活地实现调频、调相和调幅功能，产生 FSK、PSK、ASK 和 MSK 等信号。另 外，只要在 DDS 的波形存储器存放不同波形数据，就可以实现各种波形输出，如三角波、 锯齿波和矩形波甚至是任意的波形。当 DDS 的波形存储器分别存放正弦和余弦函数表时， 既可得到正交的两路输出。 （6）其他优点
查表的过程如下：
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三．DDS 相关计算
由上面的计算规律，我们可以总结出以下几个公式，各符号的定义为：Fi：基准频率； Fo：DDS 输出频率；M：频率控制字；N：相位累加器位数；K：DDS 每个输出周期的抽 样点数；Fmin：DDS 最小输出频率（频率分辨率）；Fmax：DDS 最大输出频率。
明白了 DDS 的工作过程后，我们可以假定几个工作状态来分析其工作过程。（假定基 准时钟连续产生，频率为 16Hz，B0-B3 初始值为 0000） M=0 时：B=B+0，则 B 一直保持恒定的值，意味着输出频率为 0。 M=1 时：B=B+1，B 按 1 递增，依次将 ROM 中的 n1-n16 从 D0-D7 数据口输出。每 2N =16 个时钟，相位累加器溢出一次，从新开始累加。同时 DAC 输出一个完整的正弦波。此正 弦波的频率为 Fi/16=Fi/2N=1Hz。 M=2 时：B=B+2，B 按 2 递增，n1,n3,n5,n7……n15，依次从 D0-D7 数据口输出。每 2N/2 =8 个时钟，相位累加器溢出一次，从新开始累加。同时 DAC 输出两个完整的正弦波。此 正弦波的频率为 Fi*M/2N=2Hz。
பைடு நூலகம்
Fo=(M/2N)Fi
(1)
Fmin=(1/2N)Fi
(2)
Fmax= (Mmax/2N)Fi
(3)
K=2N/M
(4)
由此可以看出，当 N 比较大时，对于很大范围内的 M 值，DDS 系统都可以在一个周
期内输出足够的点，保证输出波形失真很小。上图中 N 和 M 相差不大，处于同一量级，
导致抽样点数极少。从合成出的波形来看，M=3 时已经不能很好复原出正弦波的样子。
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加器输出的数据 B0-B3 产生波形存储器（ROM）的相位取样地址 A0-A15，这样就可把 存储在波形存储器内的波形量化值（n,二进制编码）经查找表查出输出到数据总线 D0-D7， 完成相位到幅值转换。波形存储器的输出送到模数转换器 DAC, DAC 将数字量形式的波 形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。
其实，以前 DDS 价格昂贵、功耗大（以前的功耗达 Watt 级）、DAC 器件转换速率不 高，应用受到限制，因此只用于高端设备和军事上。随着数字技术和半导体工业的发展， DDS 芯片能集成包括高速 DAC 器件在内的部件，其功耗降低到 mW 级（AD9851 在 3.3v 时功耗为 650mW），功能增加了，价格便宜。因此，DDS 也获得广泛的应用：现代电子 器件、通信技术、医学成像、无线、PCS/PCN 系统、雷达、卫星通信。
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AD9851 AD9852
AD9853 AD9854 AD9858
180 300
165 300 1000
3/3.3/5 3.3
3.3 3.3 3.3
650 1200
由于 DDS 中几乎所有部件都属于数字电路，易于集成，功耗低、体积小、重量轻、 可靠性高，且易于程控，使用相当灵活，因此性价比极高。
五．ADI 公司常用的 DDS 芯片性能对比
型号
AD9830 AD9831 AD9832 AD9833 AD9834 AD9835 AD9850
最大时钟
工作 最大
特点
频
1150 1200 2000
内置 DAC,比较器，时钟 6 倍频器 内置 12 位 DAC，高速比较器，线性调频和可编程参考时钟倍 频器 内置可编程数字 QPSK/16-QAM 调制器 内置 12 位两路正交 DAC，高速比较器和可编程时钟倍频器 内置 10 位 DAC，150MHz 相频检测器，充电泵和 2GHz 混频 器
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二．DDS 工作原理：
图1 图 1 是一个 DDS 的基本内部结构。图中，U1 是一个容量 16 字节，按照一维排列的 8 位只读存储器，U1 的 16 个字节依次存放了完整的一个周期正弦波的量化数值 n1-n16， 相当于把一个正弦波 0-2π的相位平分为 16 等份。我们把 ROM 中的 n1-n16 波形数据称 作正弦查找表，A0-A15 对应着正弦波的一个相位。当 A0-A15 地址选通线上某一位的电 平为 0 时（同一时刻 A0-A15 中只能有一位为 0 电平），其对应 ROM 单元的存储值 n 将 立即从 D0-D7 8 位总线输出。U2 为 4-16 线译码器，负责把从 B3-B0 输入的 4 位二进制 码转变为 A0-A15 的 0 电平状态。 U4 是一个高速数模转换器（DAC） ,他负责把 D0-D7 输入的数字信号变成对应的模 拟信号，在基准时钟的驱动下，每个基准时钟周期转换一次。例如最大值 n4 对应模拟输