1引言

        信號源作為一種基本電子設備無論是在教學、科研還是在部隊技術保障中，都有著廣泛的使 用。信號源作為一種通用電子測試儀器是我軍進行高科技戰(zhàn)爭不可缺少的一種測試儀器。因此，從理論到工程對信號的發(fā)生進行深入研究，不論是從教學科研角度， 還是從部隊技術保障服務角度出發(fā)都有著積極的意義。隨著科學技術的發(fā)展和測量技術的進步，對信號源的要求越來越高，普通的信號發(fā)生器已無法滿足目前日益發(fā) 展的數字技術領域科研和教學的需要。DDS" target="_blank">DDS技術是一種新興的頻率合成技術，他具有頻率分辨率極高、頻率切換速度快、切換相位連續(xù)、輸出信號相位噪聲低、可 編程、全數字化易于集成、體積小、重量輕等優(yōu)點。

        根據DDS的特點將其應用于信號源中可以大大提高信號源的分辨率，而且可以有效的降低成本、縮小體積。

2　DDS的原理

        如圖1所示，將要產生的波形數據存入波形存儲器中，然后在參考脈沖的作用下，對輸入的 頻率數據進行累加，并將累加器輸出的一部分作為讀取波形存儲器的地址，將讀出的波形數據經D/A轉換為相應的電壓信號，D/A轉換器輸出的一系列的階梯電壓信號經低通濾波器波后便輸出了光滑的合成波形的信號。

DDS的輸出信號的頻率為：

        其中：fout為信號合成頻率；fclk為參考時鐘頻率；ΔPhase為頻率設置數據，也稱為頻率控制字N為相位累加器的位數。

DDS的頻率分辨率即最低頻率為：

        所以只要N足夠大，DDS可以得到很小的頻率間隔。要改變DDS的輸出信號的頻率，只要改變ΔPhase即可。

根據奈奎斯特抽樣定理，DDS的最大頻率為：

3系統(tǒng)組成及工作原理

3.1波形發(fā)生器的主要技術指標

標準波輸出：正弦波、方波、三角波、正鋸齒波和梯形波。
任意波輸出：1×4 096點（抽樣）。
輸出頻率范圍：0.000 1～5M Hz。
相對頻率分辨率：10-3 Hz。
輸出信號電壓： 5Vp-p。
相位噪聲：≤-90 dB/Hz。

3.2電路原理簡介

        從式（1）可知，要確定信號的輸出頻率只要確定了N，K（即ΔPhase）和fclk 三個參數即可。假設固定fclk，對K進行變化，由奈奎斯特定理可知為了保證其保真度，要求對波形進行至少8個點的取樣。

        從分析可知，波形庫中存儲波形幅值的數據越多，輸出的波形越逼近實際波形，所以在設計電路時采用4 k×8 b大小的雙口RAM。如果滿足條件：至少取樣8個點，則步進長度最大為K＝1 000 000 000 B(512)，以此步進長度和不變的參考頻率fclk對波形庫進行抽樣時就得到的最大頻率為fout ＝5M Hz。當K以步進為1進行抽樣可以得到最低輸出頻率為fout＝9765.625Hz。從上述計算可知，輸出頻率范圍為：9765.625～5 MHz。這樣得到的頻率上限能夠滿足條件，但頻率下限太大，與給定的技術指標相差甚遠。因此只單一的改變步進長度K來得到大范圍的輸出頻率是不可能的。如 果能夠同時改變參考頻率和步進長度，那么頻率輸出范圍將大大擴大。 

        鑒于以上想法，在設計時將fclk進行分頻，只要盡可能的擴大參考頻率fclk的分頻范圍就可以降低輸出頻率的下限。本文采用24 b可編程分頻器。因為外部時鐘的頻率為40 MHz，所以分頻后最低參考頻率為2.384 185 7 Hz，這時如果以最小步進長度K=1對波形庫中的數據進行抽樣,則能夠得到最低輸出頻率為0.000 58 Hz。所以，經過改進后的任意波形發(fā)生器的輸出頻率范圍為：0.000 58~5M Hz，這樣的頻率范圍已經能夠滿足所給的技術指標，且提高了頻率的分辨率，分辨率可達0.000 58 Hz。

3.3電路實現(xiàn)

        系統(tǒng)在單片機控制下，通過邏輯器件EPM9320的控制，先將所需波形一個周期（或幾個周期 ）的數據按RAM的大小進行抽樣，將抽樣點數據寫入波形庫（RAM）。根據鍵盤輸入參數確定信號波形，并確定出計數器的步進長度K值和分頻器的分頻值M， 并將結果送入邏輯控制芯片中，邏輯控制電路根據K值和M值讀取庫中的抽樣點，經D/A轉換后得到輸出波形的模擬值。

        因為IDT7134是12 b的，所以在設計時將計數器設計為一個12 b的地址計數器，這樣可以保 證地址計數器端口和雙口RAM的地址端口一一對應，避免了舍位誤差。又由于AD9713B是12 b 的，故需要兩片雙口RAM IDT7134，高8位、低4位各占一片。經轉換后的模擬信號電壓值很小，不便于濾波，因此還需要一個二級放大電路對輸出信號進行放大。 

        整個電路設計共分為3個部分：邏輯控制部分、數模轉換部分和放大電路部分。邏輯控制部 分中的單片機完成對整個系統(tǒng)控制，邏輯器件EPM9320為讀出波形庫提供參考頻率、對波形庫數據的寫入和讀出的控制以及控制數模轉換。電路實現(xiàn)框圖如圖2所示。

        邏輯器件EPM9320是美國ALTERA公司開發(fā)生產的第三代陣列矩陣（MAX）結構的高性能在線可 編程邏輯器件(CPLD" target="_blank">CPLD)。他支持JTAG插口,本論文采用功能強大的MAX+PLUSⅡ 9.05開發(fā)環(huán)境完成在線編程。

4結語

        波形發(fā)生器是電子系統(tǒng)的心臟，隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代雷達系統(tǒng)和電子對抗系統(tǒng)對信號 源的要求越來越高，提高信號源性能已經成為國內和國外工程師的主要方向。DDS是一種全新的頻率合成技術，DDS的出現(xiàn)給信號源的研究開創(chuàng)了一個新的紀 元，現(xiàn)在這種頻率合成已在電子領域得到越來越多的應用。本文在研究DDS基本原理的基礎上，完成了波形器的電路設計和編程。用這種方法設計的波形發(fā)生器結 構簡單，造價成本低，而且信號源輸出信號的分辨率提高。此外，由于設計電路時使用了可編程邏輯器件，所以可以進一步擴展性能。設計中應著重注意線路板的布 線方式，以減少外界干擾，降低輸出信號的雜散。