正弦信号发生器方案

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1、总体方案构思唐正宗、刘飞、董必陈基本功能唐正宗、刘飞扩展功能刘飞、陈庆庆扩展功能董必陈、吴河飞扩展功能董玉东摘要本系统基于DDS信号源的工作原理，以单片机和FPGA为控制中心，采用DDS集成芯片AD9851实现了在30MHz至12MHz频率范围内正弦信号的无失真输出，扩展了AM、FM、ASK、FSK、PSK等多种调制功能，输出级采用乙类推挽功率放大器电路以提高系统的负载能力，50欧姆负载下输出峰—峰值0~6V可调。一方案论证与选择1.题目要求以指标分析根据题目要求，所设计的系统应可以输出较宽频带且频率稳定度足够高的正弦信号，并具有一定的负载能力

2、，同时可输出指标满足要求的AM、FM、ASK、FSK信号。综合题目指标要求及相关分析，得到该系统的功能框图。本系统的设计细分为以下几个部分：频率合成模块、AGC模块、幅度控制模块、功率放大模块、调制模块及人机交互模块。波形发生模块功放模块单片机及FPGA控制模块FPGA键盘显示调制模块2.方案比较（1）频率合成模块方案一：选用单片压控函数发生器MAX038.若将MAX038输出设置在正弦波模式下，只需要很少的外部原件，就可以输出高频特性较好、频率范围较宽的正弦波。但由于其为压控型芯片，产生信号的频率稳定性差、精度低、抗干扰能力不强、灵活性差。方

3、案二：锁相式频率合成方案该方案可产生频率精度较高的正弦波信号，可在一定程度上解决既要频率稳定度高、又要频率在较大范围内可变的矛盾，但频率受VCO可变频率范围的影响。高低频率比不可能很高，难以实现1kHz至10MHz宽频带及步进100Hz的要求。低通滤波器鉴相器VCON分频晶振可编程分频器方案三、采用基于单片机和ＦＰＧＡ的ＤＤＳ技术由于时钟频率可D＼A转换速率的限制，此方案不使输出信号实现很高的频率，难以达到题目1kHz至10kHz的宽频带要求。方案四、选用DDS集成芯片实现AD９８５１是AD公司提出的高集成度单片DDS芯片，内部有一个32b的相

4、位累加器、10b高性能DA转换器和一个高速比较器，可以实现全数字频率合成以及时钟发生功能。选用AD9851作为本系统的核心频率合成模块完全可满足题目要求，实现输出信号在1kHz至10MHz频段可调，频率稳定度优于10exp-4，以及步进100Hz的指标，故频率合成模块选用方案四。D/A转换器滤波器波形存储器相位累加器波形输出频率控制字参考频率(2)AGC模块为了保证输出幅度的稳定性，在频率合成滤波之后要使用自动增益控制（ＡＧＣ）电路。方案一：选用场效应管和运算放大器来实现。此电路结构简单、原件少、易于实现，但稳定性差，难以达到题目要求。方案二

5、：选用集成芯片AD603实现AD603是一种低噪声的压控放大器，可以提供精确的、线性的对数增益控制，故选用此方案设计AGC模块。(3)幅度控制模块为了使输出峰-峰值在0~6V线性连续可调，需要设计幅度控制模块。方案一：采用运算放大器和数字电位器组成的程控放大电路来实现。由于数字电位器阶数有限，故不可能做到幅度连续可调。方案二：采用以AD603为核心芯片的电压控制幅度模块AD603是一种低噪声的压控放大器，可以提供精确的、线性的对数增益控制，我们只需要精确控制AD603的控制电压，就可以实现对输出信号的精确控制。控制电压由12位高精度串行DA转换

6、器MAX536输出，故可实现近似的连续可调。所以选用此方案设计幅度控制模块。（5）调制部分题目发挥部分要求所设计的正弦信号发生器可产生AM信号、FM信号以及二进制PSK、ASK信号。对于AM信号，本系统采用常规的双平衡四象限模拟乘法器MC1496实现；对于二进制PSK、ASK、FSK信号，采用二进制键控的形式实现。题目要求对1kHz的正弦信号进行ＦＭ调制，则只需在ＲＡＭ中存储正弦数据表，直接读出进行调制即可。３．系统总体实现方案采用集成DDS芯片AD9851作为波形发生模块，产生所需要的正弦波，经过截止频率为20MHz的无源滤波器滤波，再经过以

7、AD603为核心的AGC电路稳幅，然后经过以AD603和MAX536为核心的幅度控制模块，最后经过乙类功放输出，由此即完成基本的波形输出要求。采用DDS技术实现1kHz和100kHz正弦信号输出，用于各种信号调制。二、理论分析与计算1.DDS原理根据DDS芯片AD9851的工作原理，若累加器时钟为Fc,累加器位数为N,累加器值为FN，频率控制字的位数为FM，外部参考时钟频率为20MHz，经内部6倍频后，可得到AD9851内部工作频率120MHz，最终合成信号的频率可由式A-1决定，相位由式A-2决定。F=FM*FC/2^N=0.027FM(A-

8、1)Θ=2∏FN/2^N=2∏FN/2^32(A-2)2.AD603的工作原理本系统AGC电路以及幅度控制电路中均采用了集成可变增益放大器AD603，