基于AD9951鍵控信號源設計

直接數字頻率合成(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)技術，是從相位概念出發直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術，與傳統的頻率合成技術相比，它具有頻率分辨率高、頻率切換時間短、相位變化連續及相位噪聲低等突出優點。本設計采用一塊DDS芯片AD9951，設計了一型高性能數字信號源。系統主要指標：由按鍵設置輸出信號頻率，頻率范圍O．1kHz～80MHz，頻率分辨率為0．04Hz，頻率穩定度為10-6，相位噪聲小于等于一120 dBc／Hz，由按鍵選擇輸出波形為三角波或方波或正弦波。

1 DDS基本原理
DDS基本原理如圖1所示。

DDS以數控振蕩器的方式產生頻率相位可控的正弦波，主要由系統時鐘fc、頻率控制寄存器、相位累加器、正弦查詢表、模數轉換器、低通濾波器(LPF)組成。頻率控制寄存器可以串行或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；而相位累加器根據頻率控制碼在每個時鐘周期內進行相位累加，得到一個相位值；正弦查詢表則對該相位值計算數字化正弦波幅度(芯片一般通過查表得到)。DDS芯片輸出的一般是數字化的正弦波，因此還需經過高速D／A轉換器和低通濾波器能得到一個可用的模擬頻率信號。DDS輸出信號的頻率fo是系統時鐘fc，頻率轉換字FTW，以及相位累加器的位數N的函數。
fo=(fc×FTW)／2N
當FTW=1時，系統輸出頻率即為頻率分辨率△f=fs／2N，通常DDS的相位累加器位數N都取得很大(32～48)，因此可以得到很高的頻率分辨率。DDS最大輸出頻率為fc／2。

2 AD9951芯片的主要功能特點
AD9951是Analog Device公司2003年推出的一款高性能DDS芯片，具有優良的動態性能，最高400 MHz內部工作頻率，因此可以輸出最高頻率200 MHz的信號，內置14位高速DAC，32位頻率控制字，相位噪音小于等于120 dBc／Hz@1 kHz，串行I／O控制，1．8V低電壓供電，支持常用的5V邏輯電平，支持時鐘倍頻模式(4倍頻至20倍頻可編程設置)，支持內部振蕩器與外接振蕩器兩種模式，具有相位調制能力。AD8851內部原理框圖如圖2所示。

AD9951具有6個寄存器：0x00控制寄存器1(CFRl，4個字節)，Ox01控制寄存器2(CFR2，3個字節)，Ox02振幅比例因子(ASF，2個字節)，0x03振幅斜率(ARR，1個字節)，0x04頻率控制字(FTW，4個字節)，0x05相位偏移字(POW，2個字節)。