使用AD9850直接数字频率合成(DDS) IC
有很多DDS芯片。 就拿ADI公司来说,这类芯片的范围从简单、低速、低成本器件——比如AD9837(5MHz或16MHz时钟),价格约为2美元左右——到AD9914 3.5Gs/s这种售价超过180美元的产品。其中,有些产品用于函数发生器,有些用于测试和测量,而另一些用于RF频率应用。 通常情况下,它们的主要功能是产生正弦波;其主要优势是能够非常快速地改变频率,因为它们基于正弦查找表和DAC,而非PLL;它们的频率捷变性较高。
互联网上有一大堆便宜的AD9850板——比芯片本身还要便宜一大半! 虽然关于这点有很多理论试图解释,但最合理的就是,它们构建得并不正确——使用的滤波器不对。 对于那些包含电路图的产品而言,可以发现一个70MHz Elliptic七阶滤波器,元件值直接来源于AD9851数据手册。 然而,AD9851工作在180MHz,而AD9850仅工作在125MHz,因此采用AD9850数据手册中所示的42MHz滤波器更合适。 这些电路板仍然可用——只不过您将得到较高的杂散成分,除非替换掉滤波器元件。
计算芯片的编程值很简单, 有不少设计工具可以协助来完成:
http://designtools.analog.com/dt/dds/ad9850.html
http://designtools.analog.com/dt/dds/ad9850.html
http://designtools.analog.com/dtDDSWeb/dtDDSMain.aspx
http://designtools.analog.com/dtDDSWeb/dtDDSMain.aspx
第一款工具很好用,因为它还能显示出通过串行SPI以及并行接口发送的数据。 并行数据以5字节一组的方式发送,MSB优先。 SPI数据以40位串的方式发送,LSB优先。 通常它还一次使用微控制器的8位数据。 但微控制器常常以MSB优先方式发送,因此需要反转每个字节中的位。 因此,如果并行字节是7A,那么待发送的串行字节是5E时才能形成正确的位顺序,比如01011110,而非01111010。应当仔细阅读串行部分内容,以便让芯片处于串行模式下;这包括将D0和D1设为逻辑1,以及将D2设为逻辑0,并在尝试发送数据之前写入W_CLK。
接近一半采样频率时,输出波形质量很大程度上依赖于滤波质量。 甚至在30MHz(采样频率为125MHz)处,波形也并不完美:
ADI设计工具显示的波形看上去就要清晰很多,但它用的是一个理论滤波器,而非实际元件。 用频谱分析仪对输出进行跟踪(采用有源低电容探针),结果如下:
图中对明显的杂散信号进行了标记。 另外,在-76dBm处还有一个二次谐波(60MHz),该谐波不明显,因为它正好与网格线重叠。 这些波形采用42MHz 5极点Elliptical滤波器获得,如AD9850数据手册中所述。 它们与理论值的对比如下所示:
在35MHz和65MHz时,杂散成分在11dB左右,比理论值差,这可能是造成示波器波形较差的原因。 这可能与滤波器的元件质量以及杂散效应有关,比如电感自谐振频率(SRF)和Q。60MHz和95MHz处的杂散实际上比理论值还要好!
只要看一下所用的5极点Elliptical滤波器响应情况,那么也就不难理解了:
可以看到,65MHz和95MHz都恰好幸运地落在Elliptical滤波器的陷波处! 确切的陷波位置与实际元件值有很大关系,并且这些仿真并不将SRF/Q纳入考虑范围内,因此实际情况可能略有不同。 但它却是展示了滤波器可在多大程度上影响结果。 ADI计算器可让您输入滤波器特性值(比如5极点Elliptical,截止频率为42MHz),但似乎假定阻带衰减是平坦的,忽略了纹波。 若要获得最佳杂散响应,则需仔细选择滤波器元件和PCB布局,并且如果目标工作频率较窄且范围已知,则可能还需要修改滤波器设计,以便抑制杂散频率。
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