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dds信号发生器

dds信号发生器

在数字信号处理器?飞速发展的今天,微处?理器的应用已主领着电子技术领域的潮∪流,先进的数字信号处理技∣术,能﹢实现各种复杂的功能。对?正弦波信3号发生器而言,数字DDS技术的诞生,使波形发?生器技术有?了进一步的飞跃。就数字DDS波形发生器和?模拟振荡器对比而言,具有输出频率精度?高,波形失真小,可由单片机或DSP微处理器对其进行通讯控制其输出频率,从而实现用数控方式⊕来精确控制其输出频率,以适应高精度仪表或智能化系?统信号?发生器应用,从而克服传统方式通⊙过模拟振荡带来的频±率调整分辨率低,稳定性较差,无法实?现?和微?处理器接口的智能化的缺点m。基于该芯片能∠实现很宽范围的输出频率和可输?出任何?波形的特点。本?文以DDS技术,介绍一种宽范围正弦波发生器的芯片。

数字频率合成技术芯片ML2≠035 DDS(Dig″℃itai D=irect Freque≈ncy Synthe∷si﹢s)是一种全﹥数字化的频率≥合?成器,由相位累?加器、波形ROM、D/A转换器和低?通滤波器构成。时钟频率给定后,输出信号∩的频率取㏒决于频率控制字;频率分辨率取决于∏累加器位㎡数;相位分辨率取决于ROM的地址线位数;幅度量化噪声取决于∝ROM的数据位字长和DIA转?换器位数等。基于DDS信号发生器有如下优?点:(1)频?率分辨率高,输出频点多,?可达N个频点(N为相位累加器位数);(2)频率切换速?度快,可达μs?量级;(3)频率切换时相位连续;(4)?可以输出宽带正交信号;(5)输出相位噪声低,对参考频率*源的相位?噪°声有改善作用;(∈6)可以产生任意?波形;(7)全数字化便于集成,体积小,重量轻。 DDS的核心部?件是相位累加?器,它由N?位加法器﹣与N位相位寄?存器构成,类似一个简单的计数器。每来一个时钟脉冲,相位寄存器的输出就增加一个步长的相?位增量值,加法器将频率?控制数?据与¥累加寄存器输出的累加相位数据相≯加,把相加结果送至累加寄存器的数据输入端。相位累加器进入线性相位累加,累加至满量程时产生+一次计数溢出,这个溢?出频率即为DDS?的输出频率。正弦查询表是一种可编程只读存储器∧(PRO㈱M),存储的﹣是以相位为地址的一?个周期正弦信号的采样编码值和包㎜含一个周期?㏕正?弦波的数∽字幅度信息,每个地址对应于正弦波中〒0~360°范围中的一个相≌位点。将相位o寄存器的输出与相位控制字相加,得到的数据,作为一个地址对?正弦查询表进行寻址,查询表把输入的地址㏄相位信息映射成正弦波幅度信号,驱2动DA÷C,输出模拟信号。低通滤波器滤除不需要的取样分量,以便输出㎝频谱纯净的正弦波信号。随着电∞子≦工程领域的实际需要以及数?字集成电路和微电子技术的发展,DDS技术日益显?露出它的μ优越性。

ML2?≤035就是Micro※ Linear公司的一款基于DDS技术的?单片正弦信号发生芯片,它可以在几乎?不需要其他外围器件的条件下,产?生从直流到25kHz的正?弦信号。该芯片具有如下特点:
●输√出正弦%信号频率为直流到25kHz㎏;
●具有低增益?误差和低谐波畸变性能;
●具有3线SPI兼容≮性串行微处理器接口,并具有数据锁存功能;
●具?有不需?要外围器件的?全集成解决方案功能;
●频率分⌒辨率可?达1∑.5Hz(±0.75‖Hz)(当输入时钟频率?为12MHz时);
●自带3~12MHz的内部晶?振?;
●具有同步和异步的数据加载功能。

该芯片兼容SPI通讯接口,通讯控∶制可以通过单片机或DSP以SPI?协议模式♀写入需要的频?率,其通讯时序见图2,各个电平的逻辑持续时间见表20?芯片的数字接口部分,主要由移位寄存器和数据锁存器组成。? SI1D引脚上℉的16bits数据字?在时钟SCK?¥的上升沿时被 ?送入16bits㎎的移位寄=mol存器。需要?注意的是?,应该先送最低位,最后∷送最高?位。然后在LAI的下降沿触发下,送入移位寄存器的数据被锁存进数×据锁存器。为了确保数据的有效锁?存,◎LAI的下降沿应该发生在SCI为”低”电平期间。≒同理,在SID数?据移位寄存器?期间,LAI应该保持”£低”电平。

由于ML2?035的控制字长为16比特,因此根据DDS的原理,可?推导出ML2035的输出频率关系式为:

相应?地,ML2035的频率分辨率(最№小频率)为

由DD%S的基本原理可以知道,由于M?L203㏑5频率分辨‰能力有限,输出的正3S信号将有?可能出现误差。对于不同?的?参考时钟,将产生不同程度的频率误℡差,表1中列举⊥了
ML203@5的常用晶?振下的频率控制字和频率误差情况。



ML20≡35还具有电源”休眠”功能,可?以有效提高电源的使用效率,这对于便携式产品是极?其有利的?。当希望M?L2035保持?”休眠?”?时,可∵以向移位寄存m器输入全”0∮”?,并向LATI加载”1″使其保持高电平。在这种情况下?,≧ML20*35的功耗可以降?到11.5mW以下,而输出正弦信号的幅度﹤降到0V。需要提及的是,在电路设计中应该对ML2035的电源输?入端进行电?源去耦处理。

芯片的引♂脚分布见?图1,?该芯片只有八个引脚∨,高度的集成?技¬术,?实现了不需?要外?围?元件的特点,该芯?片的引脚功能介绍如下:

脚?①:V?SS,接?地;?
脚②:S∟CK,·串行时钟输入引脚:
脚③:SID,串行数据输入引脚;
脚④:L∴ATI,通?讯数据锁存?⊿输入引脚(下降沿);
脚⑤:Vcc,正电源供电¢引脚(+5V)
脚⑥:VOUT,模拟输出,输出摆∫幅为vcc/2;
脚⑦:GND,全$部?输入输出的参考点引脚;
脚¤⑧:CLKIN,外部时钟输入引脚,该引脚可接入3~12MHz的数字时钟-信号ml。
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图3是采用ML2035设3计的简易式1000Hz×的高精度的正弦信号发生器,输出>正弦频率精′度在理论上可达到0.00%。由前面的计算公式可以得知需要£的频率?控制字为12/?80,因此需要的控制位为1111 D1010 0000 ℅0000(16bit)。这里74HC4060(计数器)的功能是振荡器和计时器,而7?4HC4002是高速C?MOS四与非门器件。为了实现ML2035的输出正弦∥信号频率为1000H<z,必须在前8个脉冲移入8比特0,§接下来的后dds信号发生器8个脉冲移入1111㎞ 1010。
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