### 基于DDS芯片AD9850的信号发生器
#### 一、引言
信号发生器作为电子工程领域的重要工具，在电子电路测试、自动控制以及科学研究中发挥着关键作用。传统的信号发生器虽然能够满足基本的需求，但在频率稳定性、波形质量等方面存在一定的局限性。近年来，随着直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis, DDS）技术的发展，基于DDS技术的信号发生器成为了新一代高性能信号源的研究热点。
#### 二、DDS技术概述
DDS技术是一种先进的频率合成方法，其核心优势在于易于通过软件进行控制、相位连续、输出频率稳定度高以及分辨率高等特点。基于DDS技术的信号发生器能够提供高精度、高质量的波形输出，并具有较宽的频率覆盖范围，因此在现代电子工程中得到了广泛应用。
#### 三、系统硬件设计
本节详细介绍了一种基于DDS芯片AD9850的信号发生器的设计方案，包括系统的整体架构及核心部件——AD9850芯片的详细介绍。
##### 1. AD9850芯片介绍
AD9850是由美国ADI公司生产的一款高度集成化的DDS芯片，具有以下特点：
- **低功耗**：在3.3V供电条件下，功耗仅为155mW。
- **工作温度范围广**：支持扩展工业级温度范围，可在-40°C至80°C之间稳定工作。
- **封装形式**：采用28脚SSOP表面封装，便于安装和使用。
**引脚功能**：表1列出了AD9850的主要引脚及其功能。
| 管脚号 | 名称 | 功能描述 |
|--------|------------|--------------------------------------------------------------|
| 1-4,25-28 | D0-D7 | 控制字并行输入，其中D7也可作为串行输入 |
| 5,24 | DGND | 数字地 |
| 6,23 | DVDD | 为内部数字电路提供电源 |
| 7 | W_CLK | 控制字加载时钟，用于加载并行/串行的频率/相位控制字 |
| 8 | FQ_UD | 频率更新控制，上升沿依据寄存器更新频率 |
| 9 | CLKIN | 外部晶振输入端，最大值可达125MHz |
| 10,19 | AGND | 模拟地 |
| 11,18 | AVDD | 为内部模拟电路提供电源 |
| 12 | RESET | 外接电阻决定了器件输出端的电流大小 |
| 13,14 | QOUT,QOUTB | 内部比较器输出端 |
| 15,16 | VINN,VINP | 内部比较器输入端 |
| 17 | DACBL | 内部DAC外接参考电压 |
| 20 | IOUTB | IOUT的互补输出 |
| 21 | IOUT | 正弦电流输出端，通常通过电阻接地以转换为正弦电压输出 |
**组成结构**：图2展示了AD9850的组成框图，其中内层虚线内的部分代表了一个完整的可编程DDS系统，而外层虚线内的部分则涵盖了AD9850的主要组成部分。
- **核心组件**：AD9850的核心组件是相位累加器，它由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，其中N通常设置为24～32位。每当外部参考时钟到来时，相位寄存器就会以步长M递增。
- **相位控制与输出**：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完整正弦波周期的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0°～360°范围内的一个相位点。查询表根据输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动DAC输出模式量。
- **输出信号特征**：相位寄存器每过2N/M个外部参考时钟后返回到初始状态，相位正弦查询表也会随之回到初始位置，从而确保整个DDS系统输出一个稳定的正弦波。输出的正弦波周期T<sub>o</sub>=T<sub>c</sub>*2<sup>N</sup>/M，频率f<sub>out</sub>=M*f<sub>c</sub>/2<sup>N</sup>，其中T<sub>c</sub>和f<sub>c</sub>分别表示外部参考时钟的周期和频率。
- **DAC输出调节**：AD9850采用32位的相位累加器，信号截断成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满量程输出电流可通过外接电阻R<sub>SET</sub>调节，具体调节关系为I<sub>SET</sub>=32*(1.148V/R<sub>SET</sub>)，R<sub>SET</sub>的典型值为3.9kΩ。
#### 四、结论
基于DDS芯片AD9850的信号发生器能够提供高质量、高稳定性的正弦波和方波输出。其采用的DDS技术不仅使得信号的频率和相位可以精确控制，而且还极大地提高了信号的稳定性。此外，由于采用了集成度高的AD9850芯片，使得整个信号发生器系统体积更小、功耗更低，更加适合在各种场合下使用。这种信号发生器的设计方案对于需要高精度信号源的应用来说，具有很高的实用价值。
