正弦信号发生器[2005年电子大赛一等奖]

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正弦信号发生器[2005 年电子大赛一等奖]
文章来源:凌阳科技教育推广中心 作者:华中科技大学(华中科技大学 曹震 陈国英 孟芳宇) 发布时间:2006-5-29 11:28:37
本系统基于直接数字频率合成技术; 以凌阳 SPCE061A 单片机为控制核心; 采用宽带运放 AD811 和 AGC 技术使得 50Ω 负载上峰值达到 6V±1V;由模拟乘法器 AD835 产生调幅信号;由数控电位器程控调制度;通过单片机改变频率字实现调频信号,最大频偏可控;通过模拟 开关产生 ASK,PSK 信号.系统的频率范围在 100Hz～12MHz,稳定度优于 10-5,最小步进为 10Hz.

一, 方案论证 根据题目要求和本系统的设计思想,系统主要包括图 1.1 所示的模块.
图 1.1
系统模块框图
1, 单片机选型 方案一:采用现在比较通用的 51 系列单片机.51 系列单片机的发展已经有比较长的时间,应用比较广泛,各种技术都比较成熟,但 此系列单片机是 8 位机,处理速度不是很快,资源不够充足,而且其最小系统的外围电路都要自己设计和制作,使用起来不是很方便,故 不采用. 方案二:选用凌阳公司的 SPCE061A 单片机.SPCE061A 单片机是 16 位的处理器,主频可以达到 49MHz,速度很快,再加上其方便的 ADC 接口,非常适合对高频信号进行数字调频,如果对音频信号进行 A/D 采样,经过数字调频并发射,完全可以达到调频广播的效果. 结合题目的要求及 SPCE061A 单片机的特点,本系统选用凌阳公司的此款单片机. 2, 频率合成模块

方案一:锁相环频率合成.如图 1.2,锁相环主要由压控 LC 振荡器,环路滤波器,鉴相器,可编程分频器,晶振构成.且频率稳定 度与晶振的稳定度相同,达 10-5,集成度高,稳定性好;但是锁相环锁定频率较慢,且有稳态相位误差,故不采用.
图 1.2
锁相环的基本原理
方案二: 直接数字频率合成.直接数字频率合成 DDFS(Direct Digital Frequency Synthesizer)基于 Nyquist 定理,将模拟信号 采集,量化后存入存储器中,通过寻址查表输出波形数据,再经 D/A 转换,滤波,恢复原波形.DDFS 中大部分部件都属于数字电路,集 成度高,体积小,功耗低,可靠性,性价比高,易调试,输出线性调频信号相位连续,频率分辨率高,转换速度快,价格低.其频率稳定 度和可靠性优于其它方案,故采用该方案. 3, 峰值检测模块 方案一:使用 AD8310 测峰-峰值.AD8310 可以测量输入信号的正有效值,从而得到峰-峰值.AD8310 为 440MHz 的高速对数放大器, 频带很宽;输出是信号有效值的对数,虽然可测量的范围很宽,但信号的幅度变化较小时,其输出几乎不变,不利于后面的自动增益控制. 故不采用. 方案二:二极管包络测峰法.利用二级管波形幅度检测的方法,得到信号的正峰值.此法检测的信号范围较小,但精度较高,对后面 使用自动增益控制来稳定幅度有重大意义.因此采用此方案.利用检波二极管 1N60 对输入信号检测,得到与信号峰值成比例关系的直流 信号,再经运放调整比例系数以便于单片机采样.电路如图 1.3:

图 1.3 正峰值幅度检测
4, 自动增益控制模块 方案一:DAC 控制增益.如图 1.4,输入信号放大后作为基准电压送给 DAC 的 Vref 脚,相当于一个程控衰减器.再接一级放大,这两 级放大可实现要求的放大倍数.输出接到有效值检测电路上,反馈给单片机.单片机根据反馈调节衰减器,实现 AGC.还可通过输入模块 预置增益值,控制 DAC 的输出,实现程控增益.但增益动态范围有限,故不采用.
图 1.4
增益控制部分方案一示意图
方案二:电压控制增益.如图 1.5,信号经缓冲器后进入可编程增益放大器 PGA --AD603,放大后进入有效值测量部分,得出的有效 值采样后送入单片机,再由 DAC 输出给 AD603 控制放大倍数,实现自动增益控制.同时可通过输入模块设置增益值,控制 DAC 的输出,实 现程控增益放大.

图 1.5
增益控制部分方案二示意图
5, 显示模块 方案一:采用 8 位 LED 配以 MAX7219 显示.控制简单,调试方便, 且串行显示占用 I/O 口少;但只能显示 ASCII 码,故不采用. 方案二:采用点阵型(128 × 64)液晶 SVM12864(LCD).虽然占用 I/O 口多,控制复杂,但功能强大,可以显示汉字及简单图形, 可设计出清晰的菜单,提供全面的信息,功耗低,界面友好,控制灵活,使系统智能化,人性化,因此采用该方案.
二, 详细软硬件设计 1,硬件设计 SPCE061A 单片机从键盘获得输入信息,控制 DDFS 芯片 AD9851 ,产生预置频率和相位的正弦信号;经低通滤波器滤除谐波分量及杂散 信号后得到较纯的正弦波,自动增益控制模块及功率放大模块使输出信号峰-峰值稳定在 6V±1V 范围内. PSK, 用简单的模拟电路搭建. ASK 以上系统的基本结构,配以 4×4 键盘,128×64LCD 构成人机界面.系统框图如图 2.1 所示,硬件连接图如图 2.2:

图 2.1
系统结构框图

图 2.2
系统硬件连接图
直接数字频率合成模块 AD9851 是 ADI 公司采用先进的 DDS 技术推出的高集成度 DDS 频率合成器,它内部包括可编程 DDS 系统,高性能 DAC 及高速比较器,能 实现全数字编程控制的频率合成和时钟发生. 接上精密时钟源,AD9851 可产生一个频谱纯净, 频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出. AD9851 接口功能控制简单,可以用 8 位并行口或串行口直接输入频率,相位等控制数据.32 位频率控制字,在 180MHz 时钟下,输出频率分 辨率达 0.0372Hz.先进的 CMOS 工艺使 AD9851 不仅性能指标一流,而且功耗低,在 3.3V 供电时,功耗仅为 155mW.本系统通过单片机控制 AD9851 频率控制字实现频率合成,经低通滤波器滤除噪声和杂散信号就可得到比较纯正的正弦信号.同时,调制正弦波信号通过单片机 A/D 采样后,并行输入改变 DDS 芯片频率控制字,就可实现调频,基本不需要外围电路,且最大频偏可由软件任意改变.电路连接图见图 2.3,此时输出正弦波幅值较低,约为几百毫伏,且低频和高频时幅值有较大差异,若直接输入后面的功率放大电路,则可能因为放大倍 数较高而无法满足 50Ω 负载上峰峰值 Vopp=6V±1V,故我们在功率放大前面接一级自动增益控制电路(AGC),使低频和高频信号均能放 大到基本相同的幅值,再输入功放部分.

图 2.3
AD9851 及滤波器电路
自动增益控制模块 由 ADS7841(ADC)将检测峰-峰值得到的直流电平转换为数字信号输入单片机, TLV5816(DAC)将单片机输出的数字信号转换为直流 电平,自动控制 AD603 的增益.ADS7841 与 AD603 电路如图 2.4 和图 2.5:
图 2.4
ADS7841 电路

图 2.5
可控增益放大器 AD603 电路
振幅调制模块 振幅调制部分主要采用模拟乘法器集成芯片 AD835 ,AD835 是 ADI 公司推出的宽带,高速,电压输出四象限模拟乘法器,最高工作频 率 250MHz, 线形性好,调幅对称性好,且为电压输出,外围电路非常简单,可靠性高,由制作结果可看出其调制特性良好,通过数控电 位器程控调节输入到 AD835 第 8 脚的调制信号的幅值,即可改变调制度,实现 10%步进,电路如图 2.6 所示 :

图 2.6
AD835 振幅调制电路
功率放大模块 功率放大部分我们选择集成宽带高性能运放 AD811.AD811 为电流反馈型宽带运放,其单位增益带宽很宽,±15V 供电,增益为+10 的情况下,-3 dB 带宽达 100MHz,非常适合本系统的宽带放大要求,且输出电流可达 100mA,完全可满足题目峰峰值要求,外围电路也很 简单,避免了采用三极管放大电路容易出现调试困难的情况,可靠性大大提高.电路见图 2.7,实际制作中应注意电路中各电阻电容应紧 密靠近 AD811 的相应引脚,去耦电容必不可少,各电阻电容也最好选用贴片封装的,且焊接线应尽可能短,避免分布电容电感而引起高频 自激.
图 2.7
功率放大电路
ASK,PSK 信号产生模块 由 MAX900 将 100kHz 正弦载波转换为方波后,经 74LS90 分频,得到单片机发送二进制调制码序列的同步时钟,以减小 ASK,PSK 的 相位噪声. 一路载波供模拟开关作 ASK 信号及同相 PSK 信号, 另一路载波经运放反向后供模拟开关作反相 PSK 信号. 模拟开关控制端接至调制序

列输入,即可实现 ASK,PSK.
2,软件设计 SPCE061A 主单片机完成对 AD9851 的控制和人机交互控制.40 位数据分五次发送,系统以键盘为控制信息输入,SPCE061A 获取键盘 信号后,处理区别不同的状态,按照程序流程图,对系统进行控制,以达到题目要求.修改 AD9851 的频率控制字有并行和串行两种方式, 由于系统由软件调频,要求频率变化的控制迅速,故采用并行方式控制 AD9851, 提高速度,实现较好的调频效果.其主程序流程图如图 2.8.
图 2.8
主单片机主程序流程图
SPCE061A 从单片机主要进行自动增益控制,其主程序流程和中断服务程序流程分别如图 2.9 和图 2.10 所示.

图 2.9
从单片机主程序流程图
图 2.10
从单片机中断(IRQ3)服务程序流程图
三, 测试说明 1, 调试与测试所用仪器 (1) (2) FLUKE 17B Digital Multimeter 数字万用表 TDS1002 数字示波器

(3)
YB1620P 函数信号发射器/计数器
2, 测试方法 (1) 模块测试
将系统的各模块分开测试,调通后再进行整机调试,提高调试效率. (2) 系统整体测试
将硬件模块和相应的软件的进行系统整机测试. 依据设计要求,分别对输出波形,输出电压峰峰值,输出频率和功率放大器输出测试. 测试输出电压的峰峰值时,对放大电路和 AGC 电路参数的适当调整,使输出频率在 100Hz～12MHz 之间变化时能够满足 Vpp=6V±1V. 3, 测试数据 (1) A 基本要求测试 正弦波频率范围测试
接 50Ω 负载,对输出电压测试,测试数据如表 3.1:
表 3.1 输出电压测试数据
设置频率 (Hz)
实测频率 (Hz)
Vpp(V)
100
100.3
6.48
1k
999.98
6.12
10k
100001
6.12
100k
100K
6.2
1M
1.0002M
6.68
10M
10.0003M
5.3
13M
13.0005M
5.2

B 频率稳定度测试
负载为 50 Ω ,采用频率计对输出正弦波进行计数,测试数据如表 3.2 :
表 3.2 输出正弦波测试数据
设置频率 (Hz)
第一次计数数值
第二次计数数值
第三次计数数值
10
10
10.2
10.1
100
100.1
100.1
100.0
1k
1.0001k
999.98
999.98
10k
10.0000k
10.0001k
10.0001k
100k
100 . 0000k
100.0000k
100.0001k
1M
1.0001M
1.0001M
1.0001M
5M
5.00005M
5.00004M
5.00004M
10M
10.00002M
10.00002M
10.00001M
(2) 发挥部分测试
采用调制度测量仪对输出信号进行调制度测试,测试结果见表 3.3 .
表 3.3 调制度测试结果数据
调制信号频率 (Hz)
载波频率 (Hz)
设置调制度
ma(%)
实测调制度
ma
(%)
误差 (%)

10 2M 100
9.7
3
98
2
10 1K 5M 100
9.8
2
99
1
10 10M 100
9.8
2
100
0
4,测试结果分析
系统测试指标均达到要求,部分指标超过题目要求:
正弦波输出频率: 100Hz ～ 12MHz ;
输出信号频率稳定度:优于 1 0 -4 , 达到 10 -5 ;
自行产生 1kHz 正弦调制信号; 产生 AM 信号在 1MHz ～ 10MHz 内, 调制度 ma 可在 10% ～ 100% 程控, 步进量 10% ; 产生 FM 信 号在 100kHz ～ 10MHz 内,最大频偏可 5kHz/10kHz/20kHz 程控; 存在误差为人为误差,硬件误差,测量仪器误差,杂散引入误差. 减小误差可从改变电路,提高仪器精度,减弱外界干扰和多次测量取平均值等方面改善.
结论 本设计采用 SPCE 061A 单片机作为主控制器,采用 DDFS 方式直接产生宽带线性调频信号,调幅信号, ASK , PSK ,经过测试, 该方案在各方面均获得了较高的指标, 证实了该方案的可行性和前瞻性, 同时也证实了 SPCE 061A 的在控制方面的优越性, AD9851 在 和 相位噪声,杂散抑制度,谐波抑制度方面的良好表现.基本完成了题目的基本部分和发挥部分,部分指标甚至超过了设计要求.但是,系 统也存在有待改进之处,如通过提高系统中滤波器的阶数来改善输出信号的失真度,及减少干扰信号的引入.

参考文献 [1] 张肃文 , 陆兆熊 . 高频电子线路 . 第三版 [ M ] 高等教育出版社, 1992. [2] 谢自美 . 电子线路设计实验测试 . 第二版 [ M ] 武汉:华中理工出版社, 2000. [3] 张彦斌等 . 凌阳十六位单片机原理及应用 [ M ] 北京:北京航天航空大学出版社, 2003. 相关源代码下载
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正弦波信号发生器
-------------------------------------------------------------------------------作者:曾立 丁运鸿 陈亮 赛前辅导及文稿整理辅导教师:肖看 本系统以 51 单片机及 FPGA 为控制核心,由正弦信号发生模块,功率放大模块,调幅(AM),调频(FM) 模块,数字键控(ASK,PSK)模块以及测试信号发生模块组成.采用数控的方法控制 DDS 芯片 AD9851 产生 5Hz-20MHz 正弦信号,经滤波,放大和功放模块放大至 6v 并具有一定的驱动能力.测试信号发生模块产 生的 1kHz 正弦信号经过调幅(AM)模块,调频(FM)模块,对高频载波进行调幅或调频.二进制基带序列 信号送入数字键控模块,产生二进制 PSK 或 ASK 信号,同时对 ASK 信号进行解调,恢复出原始数字序列. 另外,本系统还配备有液晶显示屏,遥控键盘,提供了友好的人机交互界面. ABSTRACT This system is in the core of Micro-Processor and FPGA (Field Programmable Gate Array), consist of sine signal generating module, Power amplifier, Amplitude Modulator, Frequency Modulator, ASK/PSK module and test signal generating module. The AD9851 controlled by Micro-Process in digital way to generate sine signal with the bandwidth 5Hz to 20MHz adjustable per 1Hz. After processing by LPF & power amplifier, the output signal has a peak value of move than 6V. The sine signal at 1 KHz was send to AM and FM module to modulate the high frequency carrier waveform. The binary sequential was send to the relative module to generate ASK and PSK signal. At last demodulate module demodulate the ASK signal and got the same binary sequential as set before. In order to provide a friendly user interface, the LCD and remote infrared control keyboard was introduced in this system. 一, 方案的设计和论证
题目要求产生 1kHZ-10MHz 正弦信号,并在此基础上,产生模拟调幅信号,模拟调频信号,二进制 PSK, ASK 信号.1kHZ-10MHz 的正弦信号发生器是本设计的关键,以此为基础,对该信号进行各种调制,得到题 目要求的各种波形. 1.正弦信号产生部分 方案一:使用集成函数发生器芯片 ICL8038. ICL8038 能输出方波,三角波,正弦波和锯齿波四种不同的波形,将他作为正弦信号发生器.它是电压控 制频率的集成芯片,失真度很低.可输入不同的外部电压来实现不同的频率输出.为了达到数控的目的, 可用高精度 DAC 来输出电压以控制正弦波的频率. 方案二:锁相环频率合成器(PLL) 锁相环频率合成器(PLL)是常用的频率合成方法.锁相环由参考信号源,鉴相器,低通滤波器,压控振荡 器几个部分组成.通过鉴相器获得输出的信号 FO 与输入信号 Fi 的相位差,经低通滤波器转换为相应的控 制电压,控制 VCO 输出的信号频率,只有当输出信号与输入信号的频率于相位完全相等时,锁相环才达到 稳定. 如果在环路中加上分频系数可程控的分频器,即可获得频率程控的信号. 由于输出信号的频率稳定 度取决于参考振荡器信号 fi ,参考信号 fi 由晶振分频得到,晶振的稳定度相当高,因而该方案能获得频

率稳定的信号. 一般来说 PLL 的频率输出范围相当大, 足以实现 1kHz-10MHZ 的正弦输出. 如果 fi=100Hz 只要分频系数足够精细(能够以 1 步进),频率 100Hz 步进就可以实现. 方案三:直接数字频率合成(DDS) DDS 是一种纯数字化方法.它现将所需正弦波一个周期的离散样点的幅值数字量存入 ROM 中,然后按一定 的地址间隔(相位增量)读出,并经 DA 转换器形成模拟正弦信号,再经低通滤波器得到质量较好的正弦信 号,DDS 原理图如下:
图 1
DDS 原理图
方案一(VOC)不能实现稳定频率信号的输出并且难于数字控制.并且电容,电阻参数随温度等其他因素的 影响,频率稳定度以及电路的稳定度都较低,实现也较复杂,不予采纳.虽然 ICL8038 可很好的实现频率 输出的控制,但查看 ICL8038 的设计资料可知其频率输出范围为 0.01Hz～300kHz,不能达到题目的要求, 故不予选用.PLL 方案和 DDS 方案都能实现 1kHz～10MHz 的稳定的信号输出,且能达到 100Hz 频率步进, 但是 PLL 的动态特性却很差,在频率改变时,环路从不稳定到稳定的过程有时间延迟.相比较而言,DDS 的频率输出范围一般低于 PLL,且杂散也大于 PLL 方案,但 DDS 信号源具有输出频率稳定度高,精度更高, 分辨率更高且易于程控等优点,且频率改变不存在失调过程,尽管有杂散干扰,只需在输出级加滤波器仍 可以得到质量很好的正弦波形. 对于 DDS 的实现,采用可编程逻辑器件设计,可以按题目的具体要求量身定做,灵活的发挥 DDS 信号源的 各项优良性能,但需加 DA 转换器等外围器件,设计工作量较大.采用集成 DDS 芯片只需少量外围器件就能 构成一个完整的 DDS 信号源.集成芯片的电磁兼容性,抗干扰等各方面性能一般比可编程逻辑器件设计的 DDS 信号源性能要好.目前有许多可用作信号发生器的专用 DDS 集成芯片,如 ADI 公司推出的 AD9851,其 性能均能满足本题的要求.
2.模拟幅度调制(AM)信号的产生 幅度调制是正弦载波信号的幅度随调制信号做线形变换的过程.模拟幅度调制(AM)信号就是载波振幅按照 调制信号的大小成线性变化的高频振荡,因此实现的原理就是把载波信号与调制信号相乘. 方案一:用高速 DA 转换器实现 载波信号送入 DA 转换器的参考电压 Vref 端,调制信号通过 AD 采样后,把转换得到的数字量送到 DA 转换 器的数据输入端,从而得到被调制信号调制的模拟调幅信号.但此方案需要双极性的 DAC,而且对 DAC 的 速度也比较苛刻,设计起来难度较大,故不采用. 方案二:用高速模拟乘法器实现 采用 AD835 高速模拟乘法器,来实现模拟调制.模拟乘法器 AD835 的-3dB 截止频率为 250MHz,能够满足 题目的要求.但是 AD835 的差分输入范围仅为±1V,因此必须对输入信号进行预处理.

综上所述,采用 AD835 集成高速模拟乘法器不但简化了硬件电路,并且 AD835 具有很低的附加噪声,在频 率 f<10MHz 时只有 50 ,能够大大提高系统的抗干扰能力以及稳定度,可轻松实现题目要求,故采用此方 案. 对题目要求的 10%～100%调制度的实现,可预先在 FPGA 中建立 10 个不同调制度对应的幅度表格,然后查 询各表格,将数据送给 CA3338 AD 转换器输出对应幅度的 1kHz 的正弦波,处理后输入 AD835 模拟乘法器后 便可得到对应调制度的 AM 调幅波形. 3.模拟频率调制(FM)信号的产生 由于本系统采用 DDS 方案做信号源,因此用模拟方法实现频率调制有一定困难,频偏较难精确控制,且容 易引入干扰.因此 FM 信号的产生可结合 AD9851 芯片用数字方法来实现.AD9851 是通过写频率控制字 FSW 来控制输出信号的频率的,频率控制字的值与输出信号的频率成正比.对输入的 1kHz 信号经过处理后进行 实时采样,得到的数据正比于载波信号的频率偏移量.把不同幅度采样得到的数据对应不同的频率偏移量, 不同的频率偏移量又对应不同的频率控制字,可以作为表存储在 FPGA 中.零点对应中心频率,幅度最大的 点对应正向最大频偏对应的频率,而幅度最小的点对应负向最大频偏对应的频率,实时改变载波频率.由 于题目要求 5kHz 与 10kHz 频偏,因此要制作两个查询表. 4.ASK,FSK 信号的产生 方案一:ASK 的实现:数字基带序列和载波输入相乘实现(FSK 也可通过此方法实现). 方案二:模拟开关实现 ASK,FSK 是数字调制技术,可采用的模拟开关来实现.将模拟地线和载波分别接到模拟开关的两个输 入端,用数字基带序列控制模拟开关的切换,即可以得到 ASK 信号.同样的道理,将载波及其倒π相信号 分别通入模拟开关的两个输入端,用数字基带序列控制模拟开关的切换,可以得到 PSK 信号.考虑到载波 频率为 100kHz,需要较高速的模拟开关. 方案三:用 FPGA 内调制实现. 一般来说,模拟开关成本低于模拟乘法器,使用也更加方便,故采用方案二.同时,利用 FPGA,我们 也实现了方案三. 二, 单元电路分析与硬件电路设计
1.正弦信号发生器 采用了直接数字频率合成技术,可采用 ADI 公司的 DDS 集成芯片 AD9851. AD9851 由 DDS 电路,数据输入寄存器,频率相位数据寄存器,高速 D/A 转换和比较器组成.其中高速 DDS 电路又由 32 位相位累加器和正弦查询表组成.正弦查询表内存储了一个周期正弦波的数字幅度信息,每个 地址对应正弦波中 00～3600 范围的一个相位点.每送入一个时钟脉冲信号,查询表就把形成的地址信息映 射成正弦波幅度信号,然后经过 D/A 转换器输出模拟量.

AD9851 系统时钟的最高频率可达 180MHz.为了提高系统的电磁兼容能力,AD9851 内部集成了一个 6 倍频 器,降低了所需外接时钟频率.若外部介入的参考频率选用 20MHz,则经 AD9851 内部 6 倍频后,系统时钟 频率相当于 120MHz.由频率合成公式可计算出,在此时钟下的输出频率分辨率为: Hz=0.0279Hz (1)
最大输出频率为系统时钟频率 120MHz,远超出本题 100Hz 的步进值,1kHz～10MHzs 的要求. AD9851 内部有 5 个 8 位输入数据寄存器,其中 32 位用于装载频率控制字 FSW.FPGA 编写时序通过对 32 位 控制字的赋值可精确控制最终合成的信号频率 fo.FSW 与 fo 之间的转换公式为: (2) 频率控制字可向数据输入寄存器连续装入 5 次数据,并行装入到 AD9851 中. AD9851 生成的模拟信号由 IOUT ,IOUTB 端送出,该两端对应 AD9851 内 DA 转换器的差分电流输出端,其 满度电流大小由接在 RSET 端的电阻值大小决定.计算公式为:MAX(IOUT)=39.2/RSET .AD9851 设计资料 上介绍,允许由 IOUT ,IOUTB 端送出的最大满度电流为 20mA,当送出的满度电流值为 10mA 时,输出信号 的无杂散动态范围(SFDR)最好,因而本设计取 IOUT=10mA,对应的得取 RSET=3.92kΩ.为了将电流转 换成为电压,要在 IOUT ,IOUTB 输出端各接一个电阻,为了获得较好得无杂散动态范围,这两个电阻值取 为相等.综合考虑,权衡各方面后,选取接在 IOUT ,IOUTB 端的电阻为 75Ω,这样,AD9851 输出信号的 峰峰值为 0.75V(0v―0.75v). 考虑到后级的 AM 调制需要双极性的载波,因而 AD9851 输出需要隔直电容.经典电路如下图所示:
图 2
AD9851 控制电路
由于 DDS 采用全数字技术,因而不可避免会存在杂散干扰,直接影响输出信号的质量,所以需用滤波电路. 由于输出最高频率为 10M,因此滤波器的 0.1dB 增益平坦区至少要到 10M,可采用截至频率为 40M 的巴特沃 斯二阶滤波电路.为了获得更好频率特性曲线,在滤波这一级取增益为 2,这样还降低后级放大器的放大 倍数,于是增益带宽积为 20MHz,需要带宽比较宽的运放.信号最高频率 10MHz,幅值 3V(6Vp-p),则 要求集成运放的压摆率 SR > 2πVom×f=188.4V/μs.Intersil 公司的 HA5020 集成视频运算放大器, 当增益为+10 时-3dB 带宽为 60MHz,压摆率为 1100V/μs,满足题目要求. 考虑到题目扩展要求 50Ω负载时输出电压幅度为 6V±1V,必须对滤波输出进行一定功率放大.由于上 述滤波器输出 Vopp 约为 1.5V,因而放大倍率设置为 4,而带宽为 10MHz,也得采用增益宽带积大于 40MHz 的运放.AD 公司的 AD811 芯片的设计资料可知 AD811 当±15V 供电时,增益为+10 时仍有 100MHz 的-3dB 带 宽. 峰峰值为 6V 带 50Ω的负载, 最大电流 60mA. AD811 最大电流输出为 100mA, 可以满足要求. 根据 AD811 的芯片资料可知,放大倍率为 3 时为了达到预期的带宽,应选取的反馈电阻 RG=635Ω. 2.AM 调制 调幅就是使载波的振幅随调制信号振幅的变化规律而变化.假定调制信号是简谐振荡,其数学表达式为: (3)