簡(jiǎn)易波形發(fā)生器設(shè)計(jì)

1、 簡(jiǎn)易波形發(fā)生器設(shè)計(jì) 摘要 本系統(tǒng)基于直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDFS）合成任意波形，由CPLD和單片機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，頻率和幅度可以鍵控設(shè)定。輸出頻率范圍寬，步進(jìn)小，頻率和幅度的精度高?？梢暂敵龈鞣N基本波形它們的組合，具有掃頻輸出功能。一 方案設(shè)計(jì)方案一：采用間接合成技術(shù)，利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在所需的頻率上，該方案性能良好，但難以達(dá)到輸出頻率覆蓋系數(shù)的要求，且由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間長(zhǎng)，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)。電路也很復(fù)雜，最重要的是不能實(shí)現(xiàn)題目要求的任意波形。鎖相環(huán)路 fi fo分/倍頻 圖111 間接頻率合成方案二：采用直接頻率合成（DS）技術(shù)。這種方法能實(shí)現(xiàn)

2、快速頻率變換，具有低相位噪聲以及很高的工作頻率。但由于采用大量的倍頻，分頻，混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致該方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，且易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻率純度。該方案亦不能實(shí)現(xiàn)任意波形。直接頻率合成電路 圖112 直接頻率合成 方案三：采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDFS）用隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM存儲(chǔ)所需波形的量化數(shù)據(jù)，按照不同頻率要求以頻率控制字K為步進(jìn)對(duì)相位增量進(jìn)行累加，以累加相位值作為地址碼讀取存放在存儲(chǔ)器內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和幅度控制，再濾波就得到所需波形。相位累加器基準(zhǔn)頻率源波形存貯器D/A輸出頻率控制字 k fo 圖113 基于DDFS 頻率合成 基于DDFS的頻率合成

3、原理框圖如圖113所示。輸出波形的一個(gè)完整周期的幅度值被順序存放在波形存儲(chǔ)器（可以是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器）中。當(dāng)存儲(chǔ)器的地址發(fā)生變化時(shí)，輸出數(shù)據(jù)也將發(fā)生變化，通過(guò)D/A輸出電壓波形，輸出波形的頻率與地址變化的快慢成正比。在基準(zhǔn)頻率源的同步下，相位累加器每次累加頻率控制字K，相位累加器的低有效地址輸出作為波形存儲(chǔ)器的地址。改變相位累加器的頻率控制字K，使得輸出波形每個(gè)周期的點(diǎn)數(shù)改變，從而改變可輸出頻率。假設(shè)基準(zhǔn)頻率源的輸出頻率為，相位累加器為N位（相位累加器的位數(shù)應(yīng)滿足大于波形存儲(chǔ)器的位數(shù)），則輸出頻率為 = （111）由式（111）可看出，改變K值可改變輸出頻率，增加N值可以減小頻率步進(jìn)。由Nyquist時(shí)域采樣定理知，輸出的最大頻率為，但為保證輸出波形良好，使每個(gè)周期有32個(gè)點(diǎn)輸出。DDFS的失真度除與D/A轉(zhuǎn)換器本身的噪聲影響外，還與離散點(diǎn)數(shù)及D/A字長(zhǎng)有關(guān)，設(shè)q為均勻量化間隔，則近似的數(shù)學(xué)關(guān)系為 （112）在最高輸出頻率點(diǎn)上取32個(gè)點(diǎn)，量化級(jí)數(shù)取256級(jí)時(shí)，失真度約為5.676%，已經(jīng)足夠小了。由于DDFS合成頻率范圍寬，頻率分辨率高，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，輸出相位連續(xù)，幅度和頻率連續(xù)可調(diào)。