AD9833详细原理解析附内部寄存器说明.docx
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AD9833详细原理解析附内部寄存器说明
基于AD9833的高精度可编程波形发生器系统设计之马矢奏春创作
创作时间:
二零二一年六月三十日
来源:
国外电子元器件
1引言 频率合成器在通信、雷达和导航等设备中既是发射机的激励信号源,又是接收机的本地振荡器;在电子对峙设备中可作为干扰信号发生器;在测试设备中则作为标准信号源.因此频率合成器被称为许多电子系统的“心脏”.而设计高精度,易于把持的频率合成器则是核心,因此,这里提出了一种基于DDSAD9833的高精度波形发生器系统解决方案.用户可直接编纂设置所需的波形频率和峰峰值等信息,利用串口将配置信息发送到电路板,实时控制波形.该系统设计已胜利应用于某型雷达测速仪测试设备.
2AD9833简介 AD9833是ADI公司的一款低功耗、DDS器件,能够输出正弦波、三角波、方波.AD9833无需外接元件,输出频率和相位可通过软件编程设置,易于调节.其频率寄存器为28位,主频时钟为25MHz时,其精度为0.1Hz;主频时钟为lMHz时.精度可达0.004Hzt2. AD9833内部有5个可编程寄存器:
1个16位控制寄存器,用于设置器件_T作模式;2个28位频率寄存器和2个12位相位寄存器,分别用于设置器件输出正弦波的频率和相位.AD9833有3根串行接口线,可与SPI,QSPI,MICRO-WIRE和DSP接口标准相兼容.在串口时钟SCLK的作用下,数据是以16位方式加载至设备. AD9833的内部电路主要有数控振荡器(NCO)、频率和相位调节器、SineROM、D/A转换器、电压调整器.AD9833的核心是28位的相位累加器,它由加法器和相位寄存器组成,而相位寄存器是按每个时钟增加步长,相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询表地址中.正弦查询表包括1个周期正弦波的数字幅值信息,每个地址对应正弦波中O.~360°内的1个相位点.查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅值的数字量信号,驱动D/A转换器输出模拟量. 输出正弦波频率为:
式中:
FREQREG为频率控制字,由频率寄存器FREQOREG或FREQlREG的值给定,其范围为0≤M<228一1.fMCLK为参考时钟频率. 输出正弦波的相位为2π/4096xPHASEREG,其中PHASEREG是所选相位寄存器的值.输出正弦波的峰峰值固定.约600mV,且正弦波不是标准正弦波,即波谷是0V,而不是负电压.因此,输出正弦波为:
式中:
K约600mV,与器件内部参考电压有关.
3系统设计 图1为基于PC控制的高精度波形发生器系统框图.由于晶体振荡器将直接影响频率稳定度和频率摆荡,因此,采纳电压型控制晶体振荡器,其频率稳定度高达+20ppm,温度赔偿晶体振荡器可达±1~+20ppm,恒温箱晶体振荡器和数字赔偿晶体振荡器小于±lppm.考虑性能和本钱因素,采纳温度赔偿型控制晶体振荡器.
模拟多选器采纳ADI公司的ADG704.该多选器具有4个输入端,1个输出端.利用2个电平信号组合进行选择,方便与处置器I/O端口连接.3个输人信号分别是DDSl、DDS2的输出信号,以及这两者输出信号相叠加后的输出信号.模拟多选器输出这3个输入信号的其中之一.通过MCU可控制模拟多选器选择3个信号的输出.
为了控制输出正弦波峰峰值,引入数字电位器,实现对输出信号的分压,通过调节数字电位器抽头位置.改变抽头电压值.采纳ADI公司的AD5160型数字电位器,该电位器具有256抽头,SPI接口,便于与处置器相连接,其连接图如图2所示.
MCU采纳基于ARM7内核的LPC2132控制器,其具有2个UART接口,1个SPI接口和1个SSP接口.其中1个UART接口用于连接RS232电平转换器,SPI接口用于连接2个数字电位器,而电位器的SLCK,MOSI,MISO引脚相连.其片选信号连接控制器的I/O端口;控制器的SSP接口连接2个DDS,其连接方法与数字电位器类似. 该系统设计具有RS232接口.用户可编程设置DDS的输出频率、初始相位、峰峰值,以及选择2路信号自力输m或叠加的输出等.这些配置信息通过RS232接口上传至MCU.MCU根据输出频率、初始相位设置DDS;并根据峰峰值设置数字电位器;根据两路信号的自力输出或叠加的输出设置模拟多选器. 该系统设计实现:
2路自力的正弦波输出,以及两者叠加输出,可分别自力断开;输出正弦波频率,初始相位、峰峰值、信号通断均由用户编程设置控制.输出正弦波最年夜频率高于100kHz,调节细度为0.004Hz,输出的正弦波峰峰值为0~500mV,调节细度为2mV;输出信号频率的稳定度小于10ppm,频率误差小于O.0lHz,频率摆荡小于1×10-3/h.由于DDSAD9833输出波形的峰峰值固定,该系统胜利解决峰峰值设置问题.利用上位机软件可灵活设置所需波形的峰峰值、频率等.与通用信号源相比,该系统设计减少了按键面模板以及液晶显示的本钱.将面模板的模拟控制改为PC的数字控制.提高系统抗干扰能力.图3为上位机软件界面,上位机软件采纳VB编程,利用微软:
MSCOMM控件实现.
4结束语 以AD9833为频率信号源的核心实现高稳定度、高精度、高分辨率的信号发生器系统.该系统设计与一般信号源相比,体积缩小,设计和使用灵活方便,已胜利应用于某型雷达测速仪测试设备.因此,基于AD9833的各类信号源肯定有着广阔的应用前景
~寄存器的频率和相位
在AD9833包括两个频率寄存器和2个相位寄存器.如表三所示
表3:
频率/相位寄存器
标识表记标帜
年夜小
描述
频率0
FREQ0
28Bits
频率寄存器0.当FSELECT位=0时,该寄存器界说了MCLK的频率,输出频率为一小部份
频率1
28Bits
频率寄存器1.当FSELECT位=1,这个寄存器界说MCLK的频率,输出频率为一小部份.
相位0
PHASE0
12Bits
相位偏移寄存器0.当PSELECT位=0时,该寄存器的内容被添加到累加器输出的阶段.
相位1
12Bits
相位偏移寄存器1.当PSELECT位=1,该寄存器的内容被添加到累加器输出的阶段.
在AD9833的模拟输出是fMCLK/228xFREQREG其中FREQREG是频率选择寄存器的值装入.该信号将逐步转移挂号由2π/4096xPHASEREG在PHASEREG选择阶段是值载英寸的流程图在图8显示了AD9833的例程以书面形式向挂号册的频率和相位
写入一个频率挂号:
当写入频率寄存器,位的D15和D14上给予注册地址的频率.
表四.频率寄存器位
如果用户希望改变频率挂号的全部内容的,连续两次写入到同一个地址后,必需进行广泛的频率寄存器为28位.第一次写将包括14个最低有效位,而第二写将包括14个MSB.此把持模式中,控制位B28座(D13号)应设置为“1”.写一个例子,一个28位是列于表五
表5.00FC00到FREQ0复位
SDATAInput
结果输入字
0010000000000000
控制字写入(D15,D14=00),B28(D13)=1,HLB(D12的)=x
0100000000000000
FREQ0写(D15,D14=01),14个最低有效位=0000
0100000000111111
FREQ0写(D15,D14=01),14个最高有效位=003F
在一些应用中,用户不需要改变频率挂号所有28位的.粗调,只有14个MSB是改变,而与微调,只有14个LSB的改变.通过设置控制位B28座(D13号)为“0”,28位频率寄存器把持两个最低有效位,14位寄存器,一个包括14个MSB和其他载有14.这意味着,频率最高位的14个字的最低有效位可以改变的14个自力的,反之亦然.位HLB值(D12的)在确定了其中14个控制寄存器位被改变.这方面的例子是表六表七所示.
表六.写3FFF的14位最低有效位FREQ1复位
SDATAInput
结果输入字
0000000000000000
控制字写入(D15,D14=00),B28(D13)=0;HLB(D12的)=0,即最低有效位
1011111111111111
FREQ1写(D15,D14=10),14个最低有效位=3FFF
表七.写00FF的14个FREQ0的最高有效位
SDATAInput
结果输入字
0001000000000000
控制字写(D15,D14=00),B28(D13号)=0,HLB(D12)=1,即最高有效位
0100000011111111
FREQ0写(D15,D14=01),14个MSB=00FF
写入一期注册时写入一个阶段挂号,钻头的D15和D14上都设置为11.D13号位寄存器确定哪一阶段被加载
表八.相位寄存器
复位功能的复位功能适当的内部寄存器复位为“0”,以提供一个模拟输出的中点.复位不重置的相位,频率,或控制寄存器.当AD9833通电后,部份应该被重置.要重置AD9833,设置复位位为“1.”采用的部份进行复位,设置位为“0”.DAC的一个信号会呈现在输出8MCLK的周期复位后设置为“0.“
表九.应用复位
RESETBit
结果
0
没有复位应用
1
内部寄存器复位
睡眠功能使用节的AD9833,在不关机可以减少电力消耗.这是使用的睡眠功能.断电的部份是该芯片,可以是内部时钟和DAC.位所需的睡眠功能是表十所述
表⑩.休眠功能
SLEEP1
SLEEP2
结果
0
0
不失落电,不休眠
0
1
DAC失落电
1
0
内部时钟禁用
1
1
这两个DAC的断电和内部时钟失效
~DAC失落电
这是很有用的AD9833是用于输出数据的MSBDAC的唯一.在这种情况下,DAC是不需要这样就可以关机,以减少电力消耗
~内部时钟禁用
当在AD9833内部时钟被禁止,DAC的输出将坚持在目前的价值,因为士官是不再积累.新的频率,相位和控制字可以写的部份时,SLEEP1控制位是活跃.在同步时钟仍然活跃,这意味着选择的频率和相位寄存器还可以改变使用的控制位.设置SLEEP1位为“0”使MCLK的.所做的任何更改选民挂号册,而SLEEP1活跃将在一定的时间延迟后输出.
~VOUT端口
产出的AD9833芯片提供了一个从多种,所有这些都是在VOUT引脚可从.选择的产出是:
最高位DAC的输出数据,正弦输出,或一个三角形
该位OPBITEN(D5)和模式(D1的之三)在控制寄存器,用来决定哪输出可从AD9833.这是后面进一步解释,并在表十一.
~DAC的最高有效数据位
DAC的数据的MSB可以从AD9833输出.通过设置OPBITEN(D5)的控制位为“1”的数据的MSBDAC的可在VOUT端子.这是一个有用的源粗时钟.这方波也可以被分为两个输出之前.位DIV2控制寄存器(D3)在控制的Vout引脚的输出频率从
~正弦输出
该单ROM是用来转换成振幅的相位信息,从信息的频率和相位寄存器,结果在一个正弦信号在输出端.拥有一个正弦输出VOUT端子从,设置模式的(D1)位为“0”和OPBITEN(D5)的位为“0”.
~三角输出
该单ROM可以绕过以便截断士官数字输出被发送到DAC.在这种情况下,输出不再是正弦波.该DAC将发生一个10位的线性三角功能.有一个三角形VOUT端子输出的,设置位模式的(D1)=1
请注意,SLEEP12位必需是“0”(即DAC是启用)时,使用此针.
OPBITENBit
MODEBit
DIV2Bit
VOUTPin
0
0
X
正弦波
0
1
X
三角波
1
0
0
DAC数据的MSB/2
1
0
1
DAC数据的MSB
1
1
X
保管的
~应用
由于多种输出选项,在使用的一部份,可配置的AD9833以满足广泛的应用.
由于各种输出选项,可从部份中,AD9833可以配置以满足各种应用.合适的其中一个地域,AD9833是在调制应用.该器件可用于执行lation,如简单的FSK模块化的.更复杂的QPSK调制方案,如GMSK和,也可以实现使用AD9833.FSK信号在一个应用法式,这两个频率的AD9833寄存器装载的价值是分歧的.一个频率将代表空间频率,而其他将代表该商标的频率.使用了AD9833的控制寄存器位FSELECT的,用户可以调节这两个值之间的载波频率.AD9833有两个阶段的选民挂号册,这使部份履行云芝多糖.相移键控,载波频率是相移,相位调制器被改为由一个数额,涉及的位流被输入.AD9833还适合用于信号发生器的应用数据.由于DAC的最高位的是在VOUT引脚在,该器件可用于发生方波消费.凭借其低电流,一部份是本地振荡器适合appli-阳离子其中一个可以作为.
~接地和规划
印刷电路板,电路板AD9833房屋的设计应该是这样的模拟和数字部份分离,仅限于某些地域.这有利于方便地使用分离的地平面可以.最低限度的蚀刻技术是一般飞机的最佳理由,因为它提供了最好的屏蔽.数字和模拟空中飞机只应加入一个处所.如果AD9833是唯一的设备要求1AGND的到DGND连接,然后在空中的飞机应该是在AGND的AD9833相连的和DGND引脚.如果AD9833在DGND连接的是一个制度,多种设备需要AGND的到,连接应只在一点,一星一点地应AD9833建立了尽可能接近到.防止设备运行下的数字线路这些夫妇到死的噪音.模拟地平面应允许AD9833下运行,以防止噪声耦合.该电源线的AD9833应使用尽可能年夜的轨道,以提供低阻抗路径,降低供电线路故障的影响上.快速开关信号的时钟,例如,应与数字地屏蔽,以防止放射,荷兰国际集团董事会噪音的其他部份.防止交叉数字和模拟信号.董事会痕迹的对峙应该运行在彼此成直角.这将减少馈通董事会通过的影响.阿微带技术是迄今为止最好的,但其实不总是能够与面板双.在这种技术中,董事会组成的一面是德迪-cated到地平面,而信号端放在其他.良好的去耦是重要的.在AD9833应该有10μF的钽电容供应平行绕过0.1μF的陶瓷电容器.为了到达最佳的去耦电容的,他们应当列为装置尽可能地接近,直到对理想设备.适当的比力把持的需要良好的规划战略.这种战略必需最年夜限度地减少通过适当的PCB规划OUT引脚的寄生电容之间VIN和符号位,加入隔离使用地平面.例如,在一个四层板,CIN的信号可以CON组,连接至顶层和符号位输出连接究竟层,使隔离之间所提供的电源和地平面
创作时间:
二零二一年六月三十日
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- AD9833 详细 原理 解析 内部 寄存器 说明