[發(fā)明專利]基于AD9959的多通道同步波形發(fā)生器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210364713.7
• 申請(qǐng)日: 2012-09-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102904550A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張一鳴;曾志輝;余飛;馮金蘭;王旭紅;仝江濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K4/06
• 分類號(hào): H03K4/06
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高速波形合成技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)講，涉及一種基于DDS（Direct?Digital?Frequency?Synthesis）的高速波形發(fā)生器。

背景技術(shù)

波形發(fā)生器是廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、通信、雷達(dá)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域的信號(hào)源，從某種程度上來(lái)說(shuō)，高質(zhì)量的信號(hào)源是實(shí)現(xiàn)高性能指標(biāo)的關(guān)鍵。在很多現(xiàn)代電子系統(tǒng)、通信設(shè)備或測(cè)量系統(tǒng)中都應(yīng)用了高性能的信號(hào)發(fā)生源來(lái)提供高質(zhì)量的信號(hào)，因此在現(xiàn)代社會(huì)中高品質(zhì)的信號(hào)發(fā)生裝置已經(jīng)成為必不可少的電子系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的波形發(fā)生器，輸出頻率頻段范圍窄，輸出波形單一，輸出頻率不穩(wěn)定。實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要波形發(fā)生器的輸出頻率捷變，頻段范圍盡量寬，并要能夠?qū)崿F(xiàn)多通道輸出，這對(duì)多通道系統(tǒng)（相控超聲系統(tǒng)，多激勵(lì)源電阻抗成像系統(tǒng)等）是非常重要的，并且多通道輸出要同步，還要保持一定的相位關(guān)系。

傳統(tǒng)的波形發(fā)生器對(duì)由模擬處理或者PCB布線失配而產(chǎn)生的外部信號(hào)通道的不均衡、不同芯片間延時(shí)時(shí)間的差異所引起的輸出信號(hào)的相位差沒(méi)有考慮。

基于DDS（Direct?Digital?Frequency?Synthesis，DDS）波形合成技術(shù)的波形發(fā)生器，從相位概念出發(fā)，由不同的相位給出不同的電壓幅度，即相位-幅度變化，最后濾波，平滑輸出所需的頻率。波形合成模塊主要由相位累加器、波形查找表、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和低通濾波器組成，具有輸出波形種類多，頻率分辨率高，頻率切換快，相位連續(xù)變化，集成度高，體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，DDS的集成度越來(lái)越高，在一塊芯片上就可以實(shí)現(xiàn)其全部功能，這是PLL等頻率合成方式難以企及的，這些特征使得它在雷達(dá)、導(dǎo)航等無(wú)線通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

AD9959是ADI公司2005年推出的業(yè)界唯一一款多通道高速直接數(shù)字頻率合成器。該芯片內(nèi)部集成了四個(gè)DDS核，因此可對(duì)內(nèi)部的四個(gè)輸出通道獨(dú)立進(jìn)行編程。通過(guò)一個(gè)公用系統(tǒng)時(shí)鐘在芯片內(nèi)部同步各個(gè)獨(dú)立的通道，AD9959可以對(duì)由于模擬處理或者PCB布線失配而產(chǎn)生的外部信號(hào)通道的不均衡進(jìn)行有效的校正，從而使系統(tǒng)工程師用相當(dāng)少的時(shí)間和精力去處理這個(gè)通常很復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題。

USB?是一種高效、快速、價(jià)格低廉、體積小和支持熱插拔的新型串行通信接口。其支持多個(gè)外部設(shè)備的連接和通信，并且即插即用的特點(diǎn)可以使用戶在不重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)的情況下直接將?USB?外部設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)并開(kāi)始通信。USB?規(guī)范為計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間的通信提供了一套完整的解決方案。

目前采用DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)任意波形信號(hào)發(fā)生器的方法一般有兩種，一是在電路上集成現(xiàn)成的DDS芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，即集成解決方案；二是在現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA，F(xiàn)ield-Programmable?Gate?Array）內(nèi)部用硬件代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)DDS功能，即FPGA解決方案。?前者接口與控制方式簡(jiǎn)單，易于開(kāi)發(fā)；后者邏輯實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。前者內(nèi)部集成DAC，后者外部擴(kuò)展DAC，實(shí)現(xiàn)較前者復(fù)雜，集成度不如前者高。前者穩(wěn)定性和可靠性比較高；后者內(nèi)部邏輯設(shè)計(jì)在流水線處理時(shí)容易出現(xiàn)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫞瑥亩绊懣煽啃浴?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高精度、快切換速度、全數(shù)字化的基于USB和AD9959的多通道同步的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用價(jià)值高的波形發(fā)生器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的基于USB和AD9959的波形發(fā)生器可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供的基于AD9959的多通道同步波形發(fā)生器包括遠(yuǎn)程PC機(jī)顯示與控制模塊、時(shí)鐘管理模塊、USB接口與控制模塊、DDS集成模塊、低通濾波器模塊、波形合成電路模塊；所述的時(shí)鐘管理模塊與USB接口與控制模塊、DDS集成模塊連接；遠(yuǎn)程PC機(jī)顯示與控制模塊與USB接口與控制模塊中的上位機(jī)USB接口連接；USB接口與控制模塊中的8051內(nèi)核與通用可編程接口連接；USB接口與控制模塊中的USB收發(fā)器與智能USB?SIE模塊連接；USB接口與控制模塊中的通用可編程接口與DDS集成模塊中的相位、幅度、頻率控制器連接；DDS集成模塊中的DAC與低通濾波器模塊連接；低通濾波器模塊與波形合成電路模塊連接。其中，時(shí)鐘管理模塊產(chǎn)生高頻高穩(wěn)時(shí)鐘源信號(hào)，作為該波形發(fā)生器的時(shí)鐘信號(hào)；遠(yuǎn)程PC機(jī)通過(guò)USB總線實(shí)現(xiàn)頻率、相位、幅度、占空比的設(shè)置與工作方式的轉(zhuǎn)換；相位、幅度、頻率控制器控制DDS核產(chǎn)生對(duì)應(yīng)信號(hào)波形的數(shù)字序列，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換為階梯模擬電壓波形，最后由具有內(nèi)插作用的低通濾波器LPF將其平滑為連續(xù)的正弦波形作為輸出；輸出的正弦波通過(guò)比較器電路和邏輯電路產(chǎn)生方波，方波通過(guò)積分器產(chǎn)生三角波或鋸齒波。