宽带阻抗测量仪的设计--信号发生电路设计

时间、高分辨力、相位连续性、正交输出以及集成化等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平，为系统提供了优于模拟信号源的性能。

DDS的实现方法有以下几种方案：
（1）.采用高性能DDS单片电路的设计方案;
（2）.采用低频正弦波DDS单片电路的设计方案;
（3）.自行设计的基于FPGA芯片的设计方案;在对DDS性能要求不苛刻、控制要求灵活的应用场合，优先选用基于FPGA设计的DDS电路;在需要的频率点很多，特定频率时谐波失真要求较小的场合，优先选用低频正弦波DDS单片电路;而在对输出信号性能要求高的场合，则优先采用采用高性能DDS单片电路，这样可以减小设计和调试难度。

而基于本系统的宽频带、分辨率高的设计要求，采用高性能DDS单片电路的设计方案。

3、DDS芯片的选择

目前，市场上性能优良的DDS产品己不断推出，Qualcomm公司的Q2220，Q2234，Q2368等产品。

Q2334在30MHz的时钟上可以高达0.007Hz的频率分辨率提供10MHz以上的信号，而幅度量化噪声低于信号幅值72dB，但由于价格昂贵，因此主要用于扩频通信、电子战等尖端领域;Sciteq公司相继推出了系列化的DDS产品，其中ADS-431，时钟频率1.6GHz，可正交输出，分辨率1Hz杂散-45dBc，捷变时间30ns;美国Stanford公司也相继推出了系列化的DDS产品，如STEL-2171，GaAs电路，时钟频率1GHz，分辨率0.3Hz，杂散-55dBc，捷变时间25ns，这两种都需要直接输入比较高的系统时钟频率，而且采用GaAs电路，价格昂贵。

现在流行的DDS产品以Analog Devices公司的最多，主要有AD7008、AD9830~AD9835、AD9850~AD9854等十几种芯片，形成了从0-120MHz的宽输出频率范围系列。

ADI公司的DDS产品具有高性能和集成了多功能，是市场上极具竞争力的小封装解决方案，并具有极高的性价比。本论文的方案使用Analog Devices公司推出的新一代DDS芯片AD9858，该芯片除了DDS内核电路以外还集成了其它高性能的功能部件，此外与其它的DDS芯片相比还具有很多优势，下面就对这个芯片做一介绍。

AD9858是ADI公司推出的一种高性能新型DDS芯片，具有1GSPS(千兆次取样/秒)速率、10位D/A转换器、快速频率跳跃和精细分辨率功能的单片DDS解决方案。

AD9858比先前的解决方案速度快三倍而功耗却未增加，和其它高速DDS产品不同，AD9858内部集成了DAC、相位/频率检测器和电荷泵，能满足设计者低相位噪音、低虚假能量、快速频率转换和宽带宽线性扫描的要求。

其主要性能指标如下：
（1）.具有1千兆次/秒的采样速率;
（2）.集成有10位D/A转换器;
（3）.具有单音、频率扫描及全睡眠三种操作模式;
（4）.具有良好的动态性能：在360MHz输出时仍有50dBc SFDR(无杂散动态范围);
（5）.具有4套32位可编程频率寄存器，14位可编程相位寄存器;
（6）.内含一个32位控制字寄存器、一个32位频率增量改变字寄存器和一个16位单频点持续时间字寄存器;
（7）.集成有2GHz的混频器;
（8）.有简化的控制接口：10MHz的串行两线或三线外围接口及100MHz的8位并行端口;
（9）.具有多路低功耗功能;可采用单端或差分参考时钟输入。

AD9858在内部时钟频率为1GHz时，其输出信号最高频率可达到400MHz，频率分辨率低于0.1Hz，频率转换时间最小值约0.0067μs，这些指标完全能满足本系统的设计要求，因此采用该DDS芯片作为信号发生电路的核心器件。

4、总体设计框图

信号源的框图如图2所示。

信号源输出为正弦波形，频率、幅度可数控。可控时钟信号发生器NBC12439主要是为AD9858提供参考时钟，其最大输出为800MHz的时钟信号(AD9858可以输入高达1GHz的时钟信号)。通过对AD9858写入不同的控制字使AD9858输出的扫频信号频率满足不同情况下的测试要求。

一般情况下，AD9858输出信号的幅度范围不够，需对信号进行放大，放大电路的设计较为简单，为了便于对输出信号的功率控制使用了可控增益放大器，易于数字控制增益的大小;又因为在电力、通信等领域，所要求输出信号的功率会比较高，普通的运放难以达到要求，故使用射频放大器来提升信号的输出功率。

AD9858所产生的信号直接由器件内部的DAC输出，内部不含低通滤波器，故要对其输出信号进行滤波处理。