微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 硬件设计 > 模拟电路设计 > 基于AD9835的高压射频信号源设计

基于AD9835的高压射频信号源设计

时间:03-13 来源:互联网 点击:
1 引言
质谱仪等仪器系统中常需要千伏以上的电压.几百千赫兹到几兆赫兹的频率射频信号加到极板上,形成射频电场.调制离子束。近年来,在电子仪表与测试领域,直接数字频率合成DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)技术逐渐取代了传统的模拟方式。因此,这里提出一种基于DDS AD9835的高压射频信号源的设计方案。

2 系统硬件设计
图l是该系统设计原理框图。单片机STC89C58控制DDS集成电路AD9835,输出所期望的频率正弦波信号。单片机还用于控制输出信号幅值,检测按键,控制液晶屏显示,并与PC通讯接收远程指令。AD9835输出的信号经宽带放大器uPCI676放大后,送至D/A转换器TLC7524,控制其幅值,TLC7524输出后经射频运算放大器AD829放大,再送入功放,经变压器升压,最后输出至负载。

2.1 频率发生模块
作为该系统设计的核心,频率发生模块是由AD9835和单片机构成。其中,AD9835是一款低功耗、可编程波形发生器,最高时钟频率为50 MHz。当AD9835的时钟为25 MHz时,其输出频率范围为DC~12.5 MHz,分辨率是0.005 82 Hz。AD9835控制灵活方便,采用串行方式加载数据,只需3根单片机端口线即可控制。图2为频率发生模块电路,SCLK、SDATA、FSYNC连接到单片机,接收控制命令。为了保证性能和抗干扰,最好将数字电源DVDD和模拟电源AVDD分开供电。电路布局时,电容应该尽可能地靠近AD9835放置。由于AD9835输出信号太弱,只有1.35 V,必须对其多级滤波放大。因此,AD9835输出先进行无源滤波,然后再通过宽带放大器uPC1676将信号放大到接近5 V。

2.2 幅值调节模块
为了实现以数字方式控制输出幅值,将DDS输出信号经滤波放大,送入D/A转换器TLC7524,单片机控制TLC7524实现幅值调节。其中,TLC7524采用直通方式,8位数字量一旦达到D7~DO输入端,便进行D/A转换,从而实现256级幅值调节。TLC7524采用电流工作模式,外接一片运算放大器AD829将电流电压变换为模拟电压输出。
2.3 信号放大模块
由于D/A转换器输出信号幅值小于5 V,需多级放大,因此选用AD829放大器。AD829是一款低噪、高性能高速运算放大器.压摆率230 V/μs,带宽750 MHz。±15 V供电,输出电压最大幅值可达28 VP-P满足系统设计需要。图3为电压放大模块电路,采用反相比例放大,其增益为R9/R12,手动调节R9调整电压输出幅值,C1电容有效滤除杂波。

2.4 升压输出模块
图4为升压输出模块电路,采用2SD669型高压中功率三极管,其带宽增益积140 MHz,Pc为1 W,Vcbo为180 V。各电阻均采用0.5 W功率电阻,采用耐压100 V以上的电容。空心变压器是用0.8 mm漆包线在75 mm直径PVC管上绕制而成的。针对飞行时间质谱仪中射频信号源需要,采用原边线圈4匝,两组副边线圈各30匝,测量线圈4匝,可以得到两组输出。该电路可以根据实际需要应用于其他设计,只需调整副边的绕制方式和匝数就可得到所要的输出幅值。

3 系统软件设计
3.1 主程序
系统软件采用KeilμVision3单片机开发环境,采用KeilC语言。图5为主程序流程图。主程序主要完成单片机初始化、键盘扫描、串口通讯、液晶显示,频率和幅度控制等功能。通过键盘输入或计算机远程控制实现人机交互,使用1602LCD液晶显示。频率幅值等设置参数实时存储于E2PROM,每次开机,可以再现上次关机前设置的参数。

3.2 AD9835编程设置
所输出频率为fout,根据regset=fout232/fmclk‰计算寄存器设置数据regset。将32位regset处理后,写入AD9835的频率寄存器,即可得到相应频率的正弦波信号输出。
采用串行方式加载数据,按照AD9835的时序,将16比特数据写入AD9835内部的寄存器中。使用Keil C编程,方便高效,程序简洁易懂。AD9835的FSYNC、SDA、SCLK分别与单片机连接,用于加载数据的子函数SendData()。


4 结语
实现一个频率为100 kHz~2 MHz,调节步长为1 Hz的高压射频信号源,并具有频率发生控制方便、稳定性和分辨率高等优点。并通过按键和PC远程控制频率和输出幅值。采用高速运算放大器、高频三极管和自制的变压器,可得到最大1200 Vp―p高压的射频信号。

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top