基于AD9959的四通道高频信号源研制
摘要：设计了一种以直接数字频率合成(DDS)芯片为核心的四通道高频信号源，每通道均可独立输出1 Hz～200 MHz的高频正弦波信号，输出幅度范围为1 mVpp～4 Vpp，谐波失真小于等于5％，且通道之间相位均独立可调。介绍了AD9959芯片的主要功能，给出了信号处理电路的设计及PCB板的电磁兼容设计。信号源经实际测试，输出频率范围、输出幅度范围和通道间相位调节等技术指标均达到设计要求。
关键词：AD9959；信号处理；电磁兼容；高频信号源
0 引言
信号发生器是科学实验、工业生产等各个领域必不可少的电子仪器，目前，常用的信号发生技术主要有：基于模拟电子技术、锁相频率合成、直接频率合成和直接数字频率合成(DDS)等几种。近几年来，随着科学技术的进步，信号发生技术也获得了充足的发展，并且向高频率、高分辨率、高稳定性和多通道等几方面发展，基于DDS的信号发生技术，具有高分辨率、高稳定性等一系列优点，且能实现多波形、多通道和输出频率从极低频至高频(大于200 MHz)的信号输出，是信号发生技术的发展方向。以美国ADI公司为代表研发、生产了AD9XXX系列DDS芯片，已广泛应用于各类信号发生器及其他各项领域。本文详细介绍由美国ADI公司最新推出的AD9959 DDS芯片构成的四通道信号源的研制，信号源的每个通道均可独立输出1 Hz～200 MHz的宽带正弦波信号，输出幅度范围为1 mVpp～4 Vpp，谐波失真小于等于5％，且通道之间相位均独立可调。
1 AD9959芯片简介
AD9959 DDS芯片是美国ADI公司近年来推出的四通道、内部时钟频率高达500MHz的直接数字频率合成器芯片。采用56脚LFCSP封装，1．8 V供电，低功耗。可直接输出高达200 MHz的模拟正弦波信号，每通道幅度、相位均独立可调。
AD9959的主要特征如下：
(1)4个独立的DDS通道，每个通道能独立控制频率、相位和幅度；
(2)具有频率、相位、幅度线性扫描、调制功能；
(3)32位频率控制寄存器；
(4)14位相位偏移控制寄存器；
(5)10位幅度输出控制寄存器；
(6)具有高速的串行I／O口。
AD9959具有16级的频率、相位或幅度调制，由外部管脚输入数据控制。支持频率、相位或幅度线性扫描和调制，广泛应用于雷达和其他仪器设备。
2 四通道宽带信号源的组成
四通道宽带信号源主要由AD9959芯片及外围电路、差动放大器、低通滤波器、宽带放大器、数控衰减器和单片机控制电路等几部分组成，如图1所示。
2．1 AD9959芯片外围电路
AD9959芯片17脚(DAC_RSET)外接一电阻Rset，一端接地，该电阻用来控制芯片内部DAC输出电流范围，电流IOUT一般取8～10 mA左右。
Rset=18．91／IOUT (1)
AD9959芯片每个通道均有2个输出端．即，IOUT和IOUT，属于源极开路的电流输出方式，每个输出端均须接一个50Ω的上拉电阻，以完成电流→电压的转换。
2．2 差动放大器
AD9959芯片内部每个通道输出均为差分方式输出(CH_IOUT和)，实际应用时为简单起见可采用单端输出方式，通常用CH_IOUT端。在满幅度输出时波形质量尚可，但在小幅度输出时波形失真较大。这是由于DDS芯片内部会产生大量杂散频率的干扰。较好的解决方式就是利用差分方式输出，可以有效地将叠加在输出端的通常是同相的干扰予以抵消。
差分方式输出采用宽带差分变压器，但受差分变压器本身带宽限制，例如Mini公司的宽带变压器，频率下限只能到0．3 MHz(-3 dB)。为了解决该问题，采用了有源差分运放，如图2所示。采用电流负反馈宽带运放OPA2658，-3 dB带宽为800 MHz。电路是一个基本差动放大器形式，同相和反相的输入阻抗均为50 Ω，若Rt1=Rt2，Rf1=Rf2，则传递函数为：
usc=UOUT-(-UOUT)=2UOUT (2)
由于AD9959每通道输出为互补形式，经差分放大器后输出有效成分叠加了，而同相的干扰成分则相互抵消，使波形失真得到改善。
2．3 低通滤波器
DDS芯片内部为直接数字合成波形，输出有包括时钟频率在内的杂散频率干扰，通常在输出端(本例为差分放大器输出端)设置低通滤波器，以有效滤除干扰的产生。
椭圆函数滤波器在有限频率上既有零点又有极点。极零点在通带内产生等波纹，阻带内的有限传输零点减小了过渡区，使其可获得极为陡峭的衰减特性曲线。
根据相关文献，用归一化图表设计了一个满足以下要求的椭圆函数低通滤波器，要求滤波器截止频率为200 MHz，输入和输出阻抗均为50 Ω，带内最大波纹小于0．25 dB，在264 MHz处最小衰减为60 dB。设计步骤如下：
(1)将已知条件归一化，计算低通滤波器的陡度系数As。
As=fs／fc=264／200=1．32 (3)
(2)文献中表明，ρ为20％时(0．18 dB的波纹)，需要一个n=7阶的滤波器。选择Ωs不大于2，Amin为60 dB或更大的滤波器。
这里选择对应于θ=50°的电路，因为电路Ωs=1．305，Amin=62．3 dB符合设计要求。滤波器电路如图3所示，其归一化元件值参考相关文献。
- 程控延迟脉冲信号源的设计简介(07-30)
- X9312固态非易失性电位器在频率可调信号源中的应用(07-17)
- 基于FPGA和DDS的数控信号源的设计与实现(04-23)
- 基于DDS理论的多模式多波形雷达信号源设计(03-21)
- 无信号源的自激式激磁电源的原理及设计(12-16)
- 固态非易失性电位器X9312在频率可调信号源中的应用(09-15)
- 濡ゅ倹岣挎鍥╀焊閸曨垼鏆ョ€规悶鍎抽埢鑲╂暜閸繂鎮嬮柟瀛樺姇閻撹法鎷嬮鐔告畬缂佸顑呴〃婊呮啑閿燂拷
闁稿繈鍔嶉弻鐔告媴瀹ュ拋鍔呭☉鏃傚Т閻ㄧ姵锛愰幋婊呯懇濞戞挻姘ㄩ悡锛勬嫚閸☆厾绀夐柟缁樺姇瀹曞矂鎯嶉弬鍨岛鐎规悶鍎扮紞鏃堟嚄閽樺顫旈柨娑樿嫰婵亪骞冮妸銉﹀渐闂侇偆鍠愰崹姘舵⒐婢舵瓕绀嬪ù鍏坚缚椤懘鎯冮崟顐ゆ濡増鍨垫导鎰矙鐎ｎ亞鐟�...
- 濞戞搩鍘炬鍥╀焊閸曨垼鏆ョ€规悶鍎抽埢鑲╂暜閸繂鎮嬮柟瀛樺姇閻撹法鎷嬮鐔告畬缂佸顑呴〃婊呮啑閿燂拷
缂侇噣绠栭埀顒婃嫹30濠㈣埖宀稿Λ顒備焊閸曨垼鏆ラ柛鈺冾攰椤斿嫮鎷犻崜褉鏌ら柨娑樺缁楁挾鈧鍩栧璺ㄦ嫚閹惧懐绀夐柛鏂烘櫅椤掔喖宕ㄥΟ鐑樺渐闂侇偆鍠曢幓顏堝礆妫颁胶顏卞☉鎿冧簻閹酣寮介悡搴ｆ濡増鍨垫导鎰矙鐎ｎ亞鐟庨柣銊ュ椤╋箑效閿燂拷...
- Agilent ADS 闁轰焦鐟ラ鐔煎春绾拋鍞查悹鍥у⒔閳诲吋绺藉Δ鍕垫
濞戞挻鎸搁宥夊箳閸綆鍤﹂柨娑樿嫰閸欏繘妫冮姀锝庡敼閻熸瑯鏋僁S闁告艾瀚～鎺楀礉閻旇鍘撮柛婊冭嫰娴兼劗绮欑€ｎ亞瀹夐柣銏╃厜缁遍亶宕濋埡鍌氫憾闁烩偓鍔嶅〒鍫曟儗椤撶姵鐣遍柡鍐ㄧ埣濡法鈧冻缂氱槐鐧咲S...
- HFSS閻庢冻缂氱弧鍕春绾拋鍞查悹鍥у⒔閳诲吋绺藉Δ鍕垫
閻犙冨缁讳焦绋夐幘鎰佸晙闁瑰搫鐗愰鎶芥晬鐏炶棄寮块梻鍫涘灱椤斿骞掗崷娆禨S闁汇劌瀚慨娑㈡嚄閽樺瀚查幖瀛樻⒒閺併倝鏁嶇仦钘夌盎闁告柡鏅滈崑宥夊礂閵娾晜妗ㄧ紒顖濆吹缁椽宕烽弶娆惧妳濞戞梻濮电敮澶愬箵椤″锭SS...
- CST鐎甸偊鍠楃亸婵嗩啅閵夈倗绋婇悗骞垮€曢悡璺ㄦ媼椤撶喐娈岀紒瀣儏椤ㄦ粎鎲楅敓锟�
闁哄瀛╁Σ鎴澝虹€ｂ晛鐦滈悹浣筋嚋缁辨繈宕楅妸鈺傛〃閻犱礁寮跺绶維T闁告艾瀚伴妴宥夊礉閻旇鍘撮柛婊冭嫰娴兼劗绮欑€ｎ亞瀹夐柣銏╃厜缁辨繈宕濋埡鍌氫憾闊浂鍋婇埀顒傚枙閸ゆ粎鈧冻闄勭敮澶愬箵椤″T閻犱焦宕橀鍛婃償閺冨倹鏆�...
- 閻忓繐瀚伴。鍫曞春閾忚鏀ㄩ柛鈺冾攰椤斿嫮鎷犻崜褉鏌�
濞戞挸娲ｇ粭鈧Δ鍌浬戦妶濂哥嵁閸愬弶鍕鹃悹褍鍤栫槐婵囨交濞嗗海鏄傞悹鍥у⒔閳诲吋绋夋潪鎵☉闁革负鍔岄惃鐘筹紣閹寸偛螚闁哄牜鍨堕。顐﹀春閻旀灚浜ｉ悘鐐存礃鐎氱敻鎳樺鍓х闁瑰灚鎸风粭鍛村锤濮橆剛鏉介柣銊ュ缁楁挻绋夊顒傚敤缁绢厸鍋�...
- 鐎甸偊鍠楃亸婵堜焊閸曨垼鏆ユ繛鏉戭儔閸ｆ椽骞欏鍕▕闁糕晝顢婇鍕嫚閸撗€鏌ら柛姘墦濞夛拷
閻犳劦鍘洪幏閬嶅触閸儲鑲犻柡鍥ㄦ綑閻ゅ嫰骞嗛悪鍛缂傚啯鍨甸崹搴ㄥΥ娓氣偓椤ｅ墎鎷崣妯哄磿闁靛棔鑳堕妵姘枖閵忕姵鐝ら柕鍡曟娣囧﹪宕ｉ柨瀣埍闁挎稑鏈崹婊呮啺娴ｅ湱澹夐柡宥夘棑缁ㄥ潡鏌呴敓锟�...
