文档介绍：正弦信号发生器
摘要:本文介绍以DDS芯片AD9851为产生正弦波信号核心,以单片机为主控制器,实现了从低频100hz到高频10Mhz宽频带的频率任意设定(亦可设定步进为10hz或者100hz等可调)、高精度(频稳度优于10-5)的正弦信号发生器,输出电压幅度在50欧姆负载上输出幅度大于1V。并且实现了产生从1MHz~10MHz范围内调制度可调的模拟幅度调制(AM)信号,和把自行产生的M序列数字二进制基带信号调制成在100kHz固定频率载波二进制键控的ASK和PSK。
关键词:DDS, PSK, ASK,模拟幅度调制(AM)信号,模拟频率调制(FM)信号,正弦信号发生器, M序列,多谐振荡器, 模拟乘法器, 可控增益宽带放大器, AD9851, AD603, MC1496
1、设计任务和要求
设计制作一个正弦信号发生器。
基本要求
(1)正弦波输出频率范围:1kHz~10MHz;
(2)具有频率设置功能,频率步进:100Hz;
(3)输出信号频率稳定度:优于10-4;
(4)输出电压幅度:在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥1V;
(5)失真度:用示波器观察时无明显失真。
发挥部分
在完成基本要求任务的基础上,增加如下功能:
(1)增加输出电压幅度:在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V;
(2)产生模拟幅度调制(AM)信号:在1MHz~10MHz范围内调制度ma可在10%~100%之间程控调节,步进量10%,正弦调制信号频率为1kHz,调制信号自行产生;
(3)产生模拟频率调制(FM)信号:在100kHz~10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏,且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节,正弦调制信号频率为1kHz,调制信号自行产生;
(4)产生二进制PSK、ASK信号:在100kHz固定频率载波进行二进制键控,二进制基带序列码速率固定为10kbps,二进制基带序列信号自行产生;
(5)其他。
2、任务分析及方案论证
正弦信号发生器的核心部分方案的论证和选择
方案1:采用传统的分立元件的方法,采用RC或LC正弦振荡电路,这种方法电路简单,成本低,但是这种方法难以实现步进达到100hz或者更高,并且难以兼顾频率跟得上10Mhz。
方案2:采用锁相环频率合成技术,将压控振荡器的VCO的输出频率锁定在所需的频率之上,次方法具有很好的窄带跟踪性,可以较好的选择所需的频率,抑制杂散的分量,其基本模型如图1所示。然而锁相环本身是一个惰性的环节,锁定时间长,频率串换时间长,并且模拟产生的正弦波,频率和相位都难以控制。
图1 PLL的基本模型
方案3:采用直接数字频率合成技术产生所需的正弦信号(DDS)。本来想着用自己做一个DDS信号发生器的,但是要达到题目的基本要求上到10Mhz并且要完成发挥部分的要求,我们采用AD公司的高集成度DDS电路的器件AD9851,它内部包含高速、高性能10位D/ A 转换器及高速比较器,可作为全数字编程控制的频率合成器来产生所需要的正弦波。外接精密时钟源时,AD9851 可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可以编程控制且稳定性很好的模拟正弦波,这个正弦波能够直接作为基准信号源。9851内含6 倍参考时钟倍乘器,可避免对外部高速参考时钟振荡器的需要,减小了由于外部频率源过高而可能产生的相位噪声;其频带宽, 正常输出工作频率范围为0 ~72MHz ; 频率分辨率高,其创新式高速DDS 码可接受32 位调频字,使得它在180MHz 系统时钟下输出频率的精度可达0. 04Hz ,完全达到了题目要求的输出信号频率稳定度优于10-4 的要求;相位可调, 可接收来自单片机的5 位相位控制字,产生二进制PSK,作出题目要求的发挥部分的第四点。另外我们认真查阅AD公司的AD9851的DATASHEET还发现,次芯片可以有使能控制端,可以用程序来控制是否输出,这样就可以进行ASK,完成题目发挥部分的第五点。我们采用方案3。
幅度放大方案的论证和选择
由于从DDS芯片AD9851出来的正弦波的Vpp达不到1V,题目的基本要求部分要求Vpp>=1V,且题目发挥部分要求增加输出电压幅度:在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V,由于要求产生的信号频率比较
高,要求从1Khz达到10Mhz,带宽很大,并且要求在此断范围内都要求输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V。
方案1,采用高速运放进行放大,由于dds芯片9851产生的信号经过后面的7阶的椭圆滤波器之后的幅频特性的影响,产生的正弦信号会随着频率的上升而有所下降,如果采用固定的增益的话,在整个频率范围内达不到在6V±1V之