AD9850實現嵌入式信號源設計

　　該系統采用MSP430F149對DDS進行控制構成方波正弦波信號源的系統框圖如圖2所示。

　　該信號源由MSP430F149單片機、DDS芯片AD9850、低通濾波器(LPF)、4×4軟鍵盤、1602液晶顯示屏和外部參考時鐘源、寬帶放大器和穩壓電源等組成。其中，低通濾波器是信號源中的關鍵器件，負責濾除正弦輸出信號中的高頻、雜散信號和諧波信號;穩壓電源的+5 V電壓經過電平轉換后為MSP430和AD9850提供+3.3 V的電源電壓;外部參考時鐘源選用30 MHz有源晶振，MSP430F149與AD9850采用串行通信方式連接。

　　1.3 硬件設計

　　該信號源選用MSP430F149作為核心控制器，為了節省I/O資源，方便系統功能擴展，MSP430與DDS芯片AD9850之間采用串行通信方式，接口電路如圖3所示。AD9850與外圍元件的硬件連接圖如圖4所示，AD9851的正弦輸出信號端IOUT接至外部的低通濾波器，濾除高頻雜散和諧波后，一路信號經過寬大放大器AD811放大后輸出需要的正弦信號，另一路再回接到AD9851內部比較器的正向輸入端(VINP)以得到方波信號。其中：DGND為數字地;AGND為模擬地;VCC為模擬部分的電源電壓;VDD為數字部分的電源電壓。D7，FQ_UD，W_CLK，RESET分別接至MSP430的P3.0，P3.1，P3.2，P3.3上。為降低噪聲信號對放大器的影響，在低通濾波器與寬帶放大器之間接一級高速電壓跟隨器隔離，AD9850的輸出信號峰峰值為1～2 V，為增大AD9850輸出信號幅值，采用單位增益帶寬為140 MHz，Sr=2 500 V/μs的高速寬頻帶運放AD811進行信號放大，并且通過調節反饋電阻來改變增益，從而調節輸出信號幅度。放大電路的最大放大倍數，可以滿足一般的應用需求。

　　1.4 低通濾波器設計

　　低通濾波器是直接數字頻率合成器的重要組成部分，其性能的優劣直接影響整個直接數字合成器的特性。在整個DDS實現過程中，低通濾波器除了濾掉高頻信號之外，還有除去雜散的作用。DDS的雜散主要來源以下三個方面：

　　(1)ROM幅度量化誤差：相位轉化為幅度，是通過尋址ROM實現的，然而ROM地址中存有的波形幅度值字長是有限的，ROM存儲能力有限而引起的舍位誤差就是幅度量化誤差;

　　(2)相位截斷誤差：為了提高DDS的精度，DDS的相位累加器位數都取得非常大，但ROM的容量是有限的，因此只利用相位累加器的高M位ROM尋址，其低(N-M)位被截斷。由此引入的截斷誤差是DDS雜散的主要來源;

　　(3)DAC的轉換誤差，即DAC中非線性引起的轉換誤差：DAC有限的分辨率、非線性特性以及轉換過程中出現的尖峰脈沖均會導致頻譜質量變壞。因此，低通濾波器的使用是非常必要的，其性能的優劣直接關系到整個DDS的技術指標。

　　低通濾波器可以分為巴特沃什濾波、切比雪夫濾波、貝賽爾濾波和橢圓濾波等。巴特沃什低通濾波器通帶和阻帶都是平坦的，但是其過渡帶太過平緩;切比雪夫低通濾波器的通帶是等波紋抖動的，阻帶是平坦的，過渡帶比巴特沃什稍陡;貝賽爾低通濾波器和切比雪夫低通剛好相反，通帶平坦，阻帶是等波紋抖動的;橢圓低通濾波器的通帶和阻帶都是抖動的。但是其過渡帶下降迅速，過渡帶很窄。在該系統中，為了使輸出信號頻率最高10 MHz時能夠最低程度地降低AD9850外部系統時鐘30 MHz的干擾，采用具有較窄過渡帶特性的橢圓濾波器，并采用7階橢圓低通濾波。根據系統要求，輸出信號的頻率可達10 MHz，設定其通帶為10 MHz，且7階濾波具有下降速度更快的過渡帶，可以有效地濾除10 MHz以上的高頻干擾。考慮到實際的橢圓濾波器設計與理論分析是有所不同的，在此使用Multisim 9經行仿真后得出橢圓濾波器的具體參數。橢圓低通濾波器的電路圖如圖5所示。