基于DSP和DDS的三維感應測井高頻信號源實現

　　DDS電路設計

　　DDS電路設計主要包括接口電路、DDS芯片及信號調理電路等，接口電路主要對DSP發送來的信號進行接收，接收DSP的控制命令，DDS根據收到的DSP控制命令及接收到的頻率控制字，生成符合頻率要求的信號并輸出。由于DDS的輸出為電流信號，因此，必須將電流信號通過負載轉換為電壓信號，將得到的電壓信號進行調理即可得到所需的正弦信號。DDS電路設計的原理框圖如圖3所示。

　　圖3 DDS電路設計的原理框圖

　　DDS模塊

　　直接數字合成（DDS）技術具有輸出信號精度高、變頻速度快、輸出信號連續、控制方便及性價比高等諸多優點，因而適用于高頻、高精度正弦信號發生器的設計。本系統選用AD9834，它主要由數控振蕩器(NCO)、相位調制器、正弦查詢表ROM和1個 10位D/A轉換器組成。數控振蕩器和相位調制器主要由2個頻率選擇寄存器、1個相位累加器、2個相位偏移寄存器和1個相位偏移加法器構成，它的最高工作頻率可達50MHz。AD9834的輸出頻率f0由（1）式求得

　　其中fMCLK為AD9834的時鐘頻率； FREQREG為寫入28位頻率寄存器的值； fMCLK/228為頻率分辨率。在本設計中選擇fMCLK=16.384MHz，頻率的分辨率為0.0061MHz，滿足設計要求。根據公式（1）代入 fMCLK=16.384MHz， f0=20kHz，求得

　　將FREQREG的值反代入公式（1）得到AD9834的真實輸出頻率為

　　差分放大電路設計

　　差分放大環節采用AD公司生產的AD620芯片。AD620是低功耗、低噪聲、高性能儀表放大器，通過外接一個電阻可以改變其增益（范圍為1到10000）。可以很好地完成差分信號到單端信號的轉換。其管腳如圖4所示。其中RG端為外接電阻端，通過其調節電壓增益；+IN、-IN分別為差分器輸入的同相端和反相端；+Vs、-Vs分別為正負電源端；OUTPUT為信號輸出端；REF為輸出參考電源端。

　　圖4 AD620管腳圖

　　濾波電路

　　AD9834內部存在D/A轉換器，信號通過D/A轉換器輸出。由D/A輸出階梯波的頻譜分析可知，除了主頻之外，頻譜中還出現主頻的倍頻分量，這種高頻分量可視為噪音。由于DDS技術含有上述噪聲，所以必須在D/A轉換器之后接濾波電路。這里采用二階壓控電壓源低通濾波電路，其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。二階壓控電壓源低通濾波電路如圖5所示。

　　圖5 二階壓控低通濾波電路

　　本設計的截止頻率為20kHz，選擇C=0.047?F，經計算得R=12.305kΩ ，R1=16.651kΩ ， RF=9.757kΩ 。利用上述的電路和參數驗證，達到了阻帶衰減速度快，相位呈線性的理想效果。