第三章信号发生器解读.ppt

3.3.2 直接数字频率合成法 直接数字合成法（DDS，Direct Digital Frequency Synthests）。它突破了频率合成法的原理，从“相位”的 概念出发进行频率合成。这种合成方法不仅可以给出不同频 率的正弦波，而且还可以给出不同初始相位的正弦波，甚至 可以给出各种任意波形。这在前述模拟频率合成方法中是无 法实现的。这里先讨论正弦波的合成问题，关于任意波形将 在后面进行讨论。 1.直接数字合成基本原理 三角波：+1、+1…… -1、-1…… 方 波：0、0、…… 1、1、…… 正弦波：预存正弦函数表。 2 实例说明： AD9850是美国Analog Devices公司生产的DDS单片频率合 成器，在DDFS的ROM中已预先存入正弦函数表：其幅度按 二进制分辨率量化；其相位一个周期360°按 分辨率设立相位取样点，然后存入ROM的相应地址中。 图3.19 AD9850内部组成框图 频率相位码寄存器 相位和 控制字 频率码 32位 高速DDS 码 输 入 寄 存 器 并 行 8位×5输入 时钟输入 复位 频率更新/ 寄存器复位 码输入时钟 串行 1位×40输入 比较器 ＋ － 方波输出 模拟输入 模拟输出 DAC复位 地 ＋Vs 实用中，改变读取ROM的地址数目，即可改变输出频率。若 在系统时钟频率 的控制下，依次读取全部地址中的相位点， 则输出频率最低。因为这时一个周期要读取232相位点，点间 间隔时间为时钟周期Tc，则 Tout=232Tc 因此这时输出频率为（最低频率） （3.16） 若隔一个相位点读一次，则输出频率就会提高一倍。 （3.17） 式中k为频率码，是个32位的二进制值，可写成： （3.18） ：0或1。 （3.19） 依次类推，可得输出频率的一般表达式： 按AD9850允许最高时钟频率fc=125MHz来进行具体说明， 当A0＝1，而A31，A30，…，A1均为0时，则输出频率最低， 也是AD9850输出频率的分辨率： 当A31＝1，而A0，A1，…， A30均为0时，输出频率最高： 应当指出，这时一周只有两个取样点，已到取样定理 的最小允许值。实际应用中，为了得到好的波形， 设计最高输出频率小于时钟频率的1/3。这样，只要 改变32位频率码值，则可得到所需要的频率，且频率 的准确度与时钟频率同数量级。 3. 任意波形的产生方法 直接数字频率合成技术重要的特色，它可以产生任意波形。从 上述直接数字频率合成的原理可知，其输出波形取决于波形存 储器的数据。因此，产生任意波形的方法取决于向该存储器 （RAM）提供数据的方法。目前有以下几种方法： 1)表格法 将波形画在小方格纸上，纵坐标 按幅度相对值进行二进制量化， 横坐标按时间间隔编制地址，然 后制成对应的数据表格，按序放 入RAM。对经常使用的定了“形” 的波形，可将数据固化于ROM 或存入非易失性RAM中，以便 反复使用。 图3.21 表格法示意图 0.2 0 U A P Q R S T 0.4 0.6 t(s) 2)数学方程法 3)折线法 4)作图法 通过计算机显示器CRT用移动光标作图，生成所需波形数据， 将此数据送入RAM。 5)复制法 将其它仪器（例如数字存储示波器，X—Y绘图仪）获得的波形 数据通过微机系统总线或GPIB接口总线传输给波形数据存储器。 该法很适于复制不再复现的信号波形。 自然界中有很多无规律的现象，例如雷电、地震及机器运转时 的振动等现象都是无规律的，甚至一去不复返。为了研究这些 问题，就要模拟这些现象的产生。在过去只能采用很复杂的方 法来实现，现在采用任意波形产生器则方便得多了。国内外已 有多种型号的任意波形产生器可供选用。 例如HP33120A函数/任意波形发生器可以产生 10种标准波形和任意波形，采样速率为 40MS/s，输出最高频率15MHz （正弦波），波形幅度分辨力为12位。 HP33120A 3.3.3 间接合成法 1.基本锁相环路 间接合成法即锁相合成法，它是利用锁相环（PLL）的频率 合成方法。 基本锁相环路是由相位比较器（PD），压控振荡器（VCO） 和环路滤波器（LPF）组成的闭合环路，如图3.22(a)所示。 Δφ f i LPF VCO PD f o ud o o f o ud f (a) (b) (c) 开始：f0≈fi→PD →LPF →VCO 最后： f0=fi (a) 锁相环 (b) PD的鉴相特性 (c) VCO