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基于DDS的多通道信号源设计
摘要：为满足航空电子、雷达设备和通信系统等领域相对低相位噪声、稳定工作、高分辨率、快频率转换以及低功耗的通用信号源的需求，提出了一种采用高性能控制器C8051F020控制AD9959频率合成芯片的设计方法和软件设计流程，最终实现了单频点12MHz，48MHz和带宽30MHz的线性调频3路信号输出，并对测试结果进行了分析。测试结果表明，此方案设计的信号源具有频谱纯，相噪低，转换时间快等特点，可满足实际系统的需要。关键词：直接数字频率合成；AD9959；线性调频信号；C8051F020单片机0引言频率合成器是现代电子系统的重要组成部分，是决定电子系统性能的关键设备之一。低相位噪声、高频谱纯度、高捷变速率和高频率分辨率的频率合成器已经成为频率合成技术发展的主要趋势。直接数字频率合成(DDS)技术是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术，它的主要特点包括使用方便灵活，具有变频范围广，频率步进小，幅度和频率精度高，调谐方便，体积小，重量轻以及易于集成等优点，在当今电子系统中得到了广泛应用。本文通过C8051F020单片机实现对AD9959频率合成芯片的连接控制，结合少量外围电路即构成一个完整的低噪声、低功耗、高稳定度、高可靠性的频率合成器。本信号源的直接频率合成器将通过对单片机C8051F020的标准SPI端口编程控制AD9959芯片的寄存器，从而实现单频点12MHz，48MHz和带宽30MHz的线性调频3路相参信号输出。1系统方案设计与功能单元介绍1．1系统方案设计本设计的主控芯片采用了新华龙公司的C8051F020单片机，信号产生芯片采用美国ADI公司的具有4路通道的DDS芯片AD9959，电源部分采用能提供5V和3．3V的稳压开关电源。系统的设计框图如图1所示。

1．2AD9959芯片AD9959是美国ADI公司最新推出的一款四通道、低功耗、高速直接数字频率合成器，采样频率高达500MSPS。该芯片内部集成了4个DDS内核，可对4个内部同步输出通道进行独立编程。通过1个公用系统时钟在芯片内部同步其独立的通道，每个通道的功率小于165mW。可以实现最多16级的频率、相位和幅度调制(FSK，PSK，ASK)。通过应用数据到配置管脚可控制调制水平。另外，也可以工作在线性扫频、扫相或扫幅模式。应用到雷达和测量仪器中，还可以对由于模拟处理(例如滤波、放大)或者PCB布线失配而产生外部信号通道的不均衡进行有效的校正。
该器件集成了具有突出的宽带和窄带SFDR特性的4路高速10位DAC。每一个通道都具有32位频率控制字，14位相位控制字，10位输出幅度控制字。它被广泛地应用在本地振荡源、相控阵列雷达／声纳系统、测量仪器／仪表、同步时钟及RF信号源等方面。其特性如下：(1)有4路带10位DAC的DDS通道，最高取样频率为500MSPS；(2)各个通道都有独立的频率／相位／幅度控制功能；(3)大于65dB的通道隔离度；(4)线性频率／相位／幅度扫描功能；(5)最高可达16级的频率／相位／幅度调制；(6)DAC既可缩放电流又可独立编程；(7)0．116Hz或者更好的频率调整分辨率；(8)32位频率分辨率；(9)14位相位偏移分辨率；(10)10位输出幅度可缩放的分辨率；(11)具有增强数据吞吐量的串行I／O口(SPI)；(12)可通过软件／硬件控制节电模式，以降低功耗；(13)双电源供应(DDS核1．8V，串行I／O3．3V)；(14)内置多器件同步功能；(15)内置时钟倍频锁相环(4～20倍倍频)；(16)可选择参考时钟源。2系统软件设计2．1程序设计流程该系统中主要使用了带有SPI总线的C8051F020单片机的P1和P2几个I／O端口，它们与AD9959的连接示意图如图2所示。

在单片机编程的主函数中首先要关闭看门狗，否则每当执行到断点时，程序将会跳转到入口点从头执行。接着初始化单片机的时钟(使用外部高精度、高稳定度晶振22．1184MHz)和I／O口配置，然后通过I／O端口对AD9959进行初始化、选择通道、写入相对应的控制字、发送I／O_UPDATE信号，输出所要求的信号。单片机的程序流程图如图3所示。

2．2单频点信号产生本系统要产生12MHz和48MHz的正弦波信号，根据输出频率的计算公式：f=(FTW·fs)／232，可以算出频率控制字FTW的值为FTW=(fo·232)／fs，当fs=500MHz时，输出12MHz频率对应的频率控制字为：FTW=0624DD2F；48MHz对应的频率控制字为：FTW=189374BC。然后只需要将控制字写到AD9995的CTW0寄存器中即可。下面是具体的操作过程：(1)AD9959初始化，使其内部寄存器处于初始状态，即工作模式为单频模式，频率控制字和相位