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电磁无损检测中信号发生器的设计与实现 [日期：2005-6-24] 来源：国外电子元器件?? 作者：彭国标 [字体：大 中 小] ????摘要：在电磁无损检测系统中，信号频率及其稳定性对检测效果影响很大，为了解决该难题，文中给出了一种应用DDS技术设计的新型信号发生器解决方案。该信号发生器具有频率精度高、稳定性好、分辨率高的特点，有利于提高电磁无损检测的效果。 ????关键词：电磁无损检测；信号发生器；直接数字频率合成 电磁无损检测（如涡流）是基于电磁感应原理的无损检测技术。当载有交变电流的检测线圈靠近导体时，由于交变电流在周围空间中会产生交变磁场，因而在被测试件（导体）表面产生趋肤效应并感应出交变电流。通过优化设计可使被测试件表面电流达到均匀分布，从而使周围磁场也达到均匀，而当被测试件表面有缺陷时，电流就会发生畸变，均匀磁场随之发生变化，这样，直接或间接测量出该磁场的变化，就能检测试件的缺陷。虽然人们在电磁无损检测方面已取得了许多进展，但仍有许多不尽人意之处，其中一个重要的因素便是检测系统信号的稳定性，这一点对测量结果会产生严重的影响。因为信号发生电路是整个检测系统的信号源，它的信号频率是否稳定将对整个检测系统的工作起十分关键的作用，信号频率不稳定会给信号的后续处理带来极大的困难，甚至使电磁检测难以进行。为了解决上述问题，笔者应用ＤＤＳ技术设计了一个高稳定性信号发生器。１ ＤＤＳ的工作原理 直接数字合成（ＤＤＳ－Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）是近几年发展起来的一种新的频率／波形合成技术。该技术具有频率分辨率高、转换速度快、信号纯度高、相位可控、输出信号无电流脉冲叠加、输出可平稳过渡且相位保持连续变化等优点。近年来在通讯、雷达、ＧＰＳ、蜂窝基站、图像处理及ＨＤＴＶ等领域得到了广泛应用。 该技术是根据奈奎斯特取样定理，从连续信号的相位Φ出发，对一个正弦信号进行取样、量化、编码，然后将形成的正弦函数表存入ＲＯＭ／ＲＡＭ中，合成时则通过改变相位累加器的频率控制字来改变相位增量，相位增量不同将导致一个周期内取样点数的不同。因角频率ω＝△φ·△ｔ，故可在取样频率不变的情况下，通过改变相位累加器频率控制字的方法将这种变化的相位／幅值量化为数字信号，然后通过 Ｄ／Ａ变换和低通滤波即可得到相位变化的合成模拟信号频率。图2????图１是ＤＤＳ的基本原理框图，它主要由四部分组成，第一部分为相位累加器，用于决定输出信号频率的范围和精度；第二部分为正弦函数功能表（波形存储器），用于存储经量化和离散后的正弦函数的幅值；第三部分为Ｄ／Ａ转换，可产生所需的模拟信号；第四部分为低通滤波，用来减少量化噪声、消除波形尖峰。参考频率源是一个高稳定度的晶体振荡器，用以同步 ＤＤＳ中各部件的工作，因此，ＤＤＳ输出的合成信号的频率稳定度和晶体振荡器是一样的。从原理上还可看出，它是用高稳定的固定时钟频率来对所要合成的信号进行相位取样的，单位时间内取样量越大，则合成的频率越低。取样量的大小由可程控的频率设定数据决定。２ DDS芯片AD7008的结构原理????图２中，参考频率ＣＬＯＣＫ为整个合成器的工作频率，输入的频率字保存在频率寄存器０或１中，经３２位相位累加后，再和相移寄存器累加以得到内部ＲＯＭ的地址，然后经过内部ＲＯＭ正弦波形表便可得到相应的幅度值，最后经过Ｄ／Ａ转换和低通滤波器得到合成的正弦波。????３．１ ８９Ｃ５２和ＡＤ７００８接口设计????３．３ 正交信号形成电路设计 ＡＤ７００８为单片ＤＤＳ集成芯片，其结构如图２所示。该器件内含３２位相位累加器、正余弦查找表及１０位ＤＡＣ的ＤＤＳ调制器，时钟频率可达２０～５０ＭＨｚ；还内含两个１０位乘法器、２０位ＩＱＭＯＤ寄存器及１２位相位寄存器。除了可合成正弦波外，还可实现调频、调相、调幅及数字解调，同时提供了可与微机接口的并行和串行接口。 由于ＡＤ７００８的相位累加器为３２位，故２π＝２３２，则△ｐｈａｓｅ必须在０≤△ｐｈａｓｅ≤２３２－１的范围内，每一时钟周期，３２位累加器累加一个相位阶距，输出频率ｆｏｕｔ为： ｆｏｕｔ＝△ｐｈａｓｅｆｃｌｏｃｋ／２ ３２ 式中，ｆｃｌｏｃｋ是参考频率。实际使用中，ｆｏｕｔ的上限取ｆｃｌｏｃｋ的４０％（考虑到相位噪声和杂散信号干扰 ） 即△ｐｈａｓｅ上限取０．４×２３２。△ｐｈａｓｅ可通过控制ＦＳＥ-ＬＥＣＴ从ＦＲＥＱ０、ＦＲＥＱ１中选择。尽管ＡＤ７００８包含有３２位相位累加器，但其输出仅为１２位，因此没有必要也不可能用３２位的分辨率。１２位的相位数据经查询可转换成１０位幅度信号。如果不要求调幅，ＩＱ乘法器可以被旁路（ＣＲ２＝０），而将正弦信号幅值直接送往ＤＡＣ电路。通过外电阻Ｒｓｅｔ可对ＤＡＣ满量程输出电流进行调节，公式如下： Ｉｏｕ