高频电子线路实验3.pdf

3.7直接数字频率合成器

3.7.1实验目的

（1）通过实验进一步加深理解DDS的基本工作原理。

（2）通过实验熟悉其编程原理。

3.7.2实验原理及电路

3.7.2.1DDS简介

直接数字频率合成（DirectDigitalSynthesizer）简称DDS，是继直接频率合成和间接

频率合成之后发展起来的第三代频率合成技术。由于它具有相对带宽很宽、频率转换时间

很短、频率分辨率很高、便于集成以及频率、相位和幅度均可控制等优点，被广泛应用于

雷达、电子对抗等军事通信系统和移动通信中，特别是在短波调频通信中，信号在较宽的

频带上不断变化，并且要求在很小的频率间隔内快速地变换频率和相位。

本实验系统采用的AD7008是AD公司生产的CMOS型的DDS芯片，该芯片功能齐全，

性价比高，容易开发，实现的成品性能较好。其相位累加器为32位，频率分辨率可达0.012Hz。

频率转换速度和频率间隔、分辨率不相干，频率转换的速率仅受限于器件响应速度的快慢，

通常为几十纳秒。由于实现了高度数字化、集成化，输出频率的稳定度达到晶振频率稳定

度的数量级。适用于频率调制、相位调制、正交调幅调制和驱动倍频锁相环构成分辨率高、

转换速度快的频率合成器等场合。DDS的实际输出最高频率约为时钟频率的l/3，输出频率

越高，噪声功率越高。通常在时钟频率f=50MHz，输出频率f=5.1MHz的情况下，其最

co

大谐波频率为15.3MHz，幅度低于51.8dB，一般可通过低通滤波器滤除。

3.7.2.2DDS原理

AD7008能实现全数字编程控制的频率合成，由以下几个部分组成：相位累加器、正弦

函数表、D/A转换器、8个寄存器和相关控制逻辑，如图3.8所示。

可编成DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，

N一般为24-32位。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长M增加。相位寄存器的

输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的

数字幅度信息，每一个地址对应正强波中0°-360°范围的一个相位点。查询表把输入地址的

相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动一个10位DAC以输出模拟量。

图3.8AD7008芯片内部结构图

N

相位寄存器每过2/M个外部参考时钟后完成一个累加循环，以相位为地址的正弦查询

表正好查询并输出完一个周期，从而使整个DDS系统输出一个周期正弦波。输出的正弦波

NN

周期T=T·2/M，频率fout=Mf/2，T、f分别为外部参考时钟的周期和频率。

occcc

AD7008采用32位的相位累加器，将相位累加结果截断成14位（高端14位）输入到

正弦查询表，查询表的输出再被截断成10位后输入到DAC，DAC再输出两个互补的电流。

DAC满量程输出电流通过一个外接电阻RSET调节，调节关系为ISET=32（1.148/RSET），

RSET的典型值为390Ω。

3.7.2.3接口与控制

单片机与AD7008的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式。采用并行方式时，

数据或命令通过D0-D7数据总线在WR、CS的控制下，首先写入AD7008的并行寄存器中，

并行寄存器为32位，所以分4次写入，高字节在前依次写入。采用串行方式时数据通过

SDATA脚在时钟SCLK的控制下逐位移入32位串行移位寄存器（高位在前）。数据或命令

写完以后，在LOAD和TCO-TC3的控制下，按表3.3所示将并行寄存器或串行寄存器中

的数据转载到功能寄存器。

表3.3AD7008外部控制逻辑

TC3TC2TC1TC0LOAD源寄存器目的寄