基于DDS的调频信号发生器的设计与仿真

2015-03-20 13:10:36   来源:eechina   

关键字: DDS  调频信号发生器

引言

DDS(直接数字频率合成器)具有相位变换连续、频率转换速度快、频率分辨率高、相位噪声低、频率稳定度高、集成度高、易于控制等诸多优点,在现代频率合成技术中占有重要地位,被广泛应用于信号发生器、雷达系统、通信系统等领域。MCU(微控制器)具有很强的数据处理能力和控制能力,片上外围设备丰富,精度高,功耗低,在电子设备上有广泛的应用。本文介绍一种基于ADI公司的双通道DDS芯片AD9958产生高质量调频信号的数字调频信号发生器的设计方法,该结构产生的调频信号覆盖频率范围广,载波频率和频偏数字可调,调频波形频率准确度高,且成本较低、可靠性高。

系统结构原理

调频(FM)体制用已调信号频率的变化承载信息。调频波的瞬时频率等于载波频率加上一个正比于调制信号的时变频率。

调频波的表达式为:

f1.jpg 

其瞬时角频率为:

f2.jpg 

其中ω0 固定角频率(载频); 为比例常数(调制常数),代表调制器的灵敏度[1]。

DDS输出的信号频率可以由下式给定:

f3.jpg 

其中:为参考时钟, 为信号频率分辨率,为输出信号频率, 为频率控制字, 为相位累加器的位数。可见,可以通过设定相位累加器的位数、频率控制字和系统参考时钟的值,就可以产生任意信号频率的输出[2]。

可以看出,当 时,可得DDS的最低输出频率即此DDS的频率分辨率为:

f4.jpg 

利用DDS实现调频,就是要使信号合成器输出信号的频率随着调制信号的幅度大小线性变化,瞬时频率的变化可以转化为对频率控制字的改变的控制[3]。假设调制信号经ADC转换为B位数字信号,为满足调制频偏要求,需在MCU内与一可调的调制常数相乘,乘积作为调制信号的频率控制字;再假设载波频率控制字为 ,则调频波的频率控制字为:

f5.jpg 

代入(1)式得调频波信号的瞬时频率序列:

f6.jpg 

考虑到相位累加器的积分器作用,假设波形存储器存储的为余弦波,则DDS输出的调频信号序列为:

f7.jpg 

再将调频信号序列 通过数模转换器和低通滤波器后,得到的模拟信号就是直接数字合成的调频信号。

硬件实现

由于采用全数字结构,DDS输出信号的频带受器件水平的限制,一般在几百兆以内。在本系统中,为了达到设计指标要求的100 ~ 400MHz的调制频段要求,综合考虑DDS芯片的技术水平以及成本问题,我们采用双通道DDS与混频器相结合的方案来提高调频信号的工作频段,这样每个通道的最大输出频率只需达到200MHz。向双通道DDS的两个通道送入相同的调频波频率控制字,则两个通道DDS-1和DDS-2产生完全同步的载波为的调频信号序列,再将调频信号序列分别通过D/A转换器和低通滤波器后混频,去掉直流成分,得到的模拟信号就是载波频率为的调频信号。系统的硬件结构原理如图1所示 。

1.jpg 

信号发生模块

信号发生模块主要由DDS芯片组成,这里选用美国ADI公司的双通道直接数字频率合成器AD9958,最高采样频率可达 500 MSPS。它有两个DDS核,能够提供两个内部同步、独立编程同步输出通道,在系统时钟工作在500 MHz时,输出频率可控制范围可以达到0 ~ 200 MHz[4],可以满足系统设计的要求。
[1] [2]
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0320/article_11095.html
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