由分立器件构成函数信号发生器,结构简单,价格低廉。但由于元件分散和环境条件等因素,有可能产生波形频率的偏差,不仅不易调试,而且工作很不稳定。
2.1.2 方案二
由单片机向数据转换器定时发送数据,然后用DAC0832查表得到所需波形,从而输出不同幅度和频率的波形。该方法可以输出各种波形,并且造价低,但如果扩展外设,就会造成接口的浪费,影响之后的系统扩展。
2.1.3 方案三
利用晶体管等通用设备制造。函数信号发生器可以由晶体管、运算放大器IC器件等制作,更多使用专用函数发生器IC产生。如l8038,ba205,xr2207,/ 209等早期函数信号发生器IC,功能少,精度低,且有频率限制,不能产生较高频率的信号,不能灵活调节。
由于通用器件制造的函数信号发生器频率低,此方案也不予采用。
2.1.4 方案四
利用专用DDS芯片制作函数信号发生器。DDS具有以下优点:(1)频率分辨率高,输出频率点多;(2)频率切换快,高达us量级;(3)切换频率时相位的连续性;(4)输出的宽带正交信号;(5)相位噪声低。并且可以改善频率源相位噪声;(6)能够输出任意波形;(7)易于集成,重量轻,体积小。
由于DDS具有这些优点,函数信号发生器采用直接数字合成DDS芯片,可以达到很高的频率,克服了其他方案的诸多缺点,因此我们采用方案四。
2.2 DDS结构
1971年,杰•蒂尔尼等美国学者写的“数字频率合成器”,首次提出一种新的波形合成原理,这种原理利用全数字技术,并且从相位概念出发。受当时公司技术和设备的生产所限,其性能还无法与现有的技术相比,因此没有受到重视。近年来,随着微电子技术的迅速发展, DDS(直接数字频率合成器)逐渐受到了重视,发展迅速,并以其优越的性能成为现代频率合成技术的领导者。它的优越性体现在频率转换时间短,可以连续输出相位,频率分辨率高,并且可以产生多种调制信号。与传统的频率合成器相比,直接数字频率合成器DDS具有全数字控制,成本低,功耗低,分辨率高,开关速度快等优点,在电信、电子仪器领域运用广泛。
DDS(直接数字频率合成器)从相位概念出发,它的组成包括:由加法器与锁存器构成的累加器,波形数据存储器ROM,数模(D / A)转换器和低通滤波器(LPF)。DDS原理图如下:
图2.1 DDS原理图
2.2.1 频率预置与调节电路
频率预置与调节电路的作用是实现频率控制量的输入。频率控制字K也叫相位增量,DDS芯片的输出频率满足下列关系式:
(2.1)
当k = 1时, ,为DDS的最低输出频率,而其最高输出频率由采样定理决定,即fc / 2,Kmax=2N-1。当N足够大时,DDS(直接数字频率合成器)的频率间隔就可以非常小,此时,只要通过改变控制字K,我们就能改变DDS输出频率。
2.2.2 累加器
图2.2 累加器原理图
相位累加器是典型的反馈电路,用于实现并存储相位累加。相位由N位全加器和N位累加寄存器级联而成。累加器随着每一次的时钟脉冲fc将当前累加相位数和频率控制字K加起来,并将得到的和传输至寄存器。因此,相位累加器不断在时钟作用下进行相位累加。相位累加满就会就会溢出一次,完成一次信号输出,这是一次周期性动作,这个周期就是DDS频率周期。
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