新型DDS器件产生正弦波信号和各种调制信号的设计
1 引言
为了精确地输出正弦波、调幅波、调频波、psk及ask等信号，并依据直接数字频率合成(direct digital frequencysvnthesizer，简称ddfs)技术及各种调制信号相关原理，设计了一种采用新型dds器件产生正弦波信号和各种调制信号的设计方法。采用该方法设计的正弦信号发生器已广泛用于工程领域，且具有系统结构简单，界面友好等特点。
2 系统总体设计方案
图1给出系统总体设计方框图，它由单片机、现场可编程门阵列(fpga)及其外围的模拟部分组成。在fpga的内部数字部分中，利用 fpga内部的总线控制模块实现与键盘扫描、液晶控制等人机交互模块的通信，并在单片机与系统工作总控制模块之间的交互通信中起桥梁作用。系统工作总控制可统一控制各个时序模块;各时序模块用于完成相应的控制功能。在模拟部分中，利用无源低通滤波器及放大电路，使ad9851型dds模块的输出信号成为正弦波和fm调制信号;再利用调幅电路，使fpga内部dds模块产生的信号与ad9851输出的载波信号变为调幅信号，同时在基带码控制下通过 psk/ask调制电路得到psk和ask信号。最后，各路信号选择通道后，经功率放大电路驱动50ω负载。
3 理论分析与计算
3.1 调幅信号
调幅信号表达式为：
式中：ω0t，ωt分别为调制信号和载波信号的角频率;ma为调制度。
令v(o)=vocos(ω0t)，v(ω)=macos(ωt)，则v(t)=v(o)+v(o)v(ω)。故调幅信号可通过乘法器和加法器得到;通过改变调制信号v(ω)的幅值改变ma，v(ω)的范围为0.1～l v，ma对应为10%~100%。
3.2 调频信号
采用dds调频法产生调频信号，具体实现方法：通过相位累加器和波形存储器在fpga内部构成一个dds模块，用于产生1 khz的调制信号。其中，波形存储器的数据即为调制信号的幅度值。将这些表示幅度值的数据直接与中心频率对应的控制字相加，即可得到调频信号的瞬时频率控制字，再按调制信号的频率切换这些频率控制字，即可得到与dds模块输出相对应的调频信号。
3.3 psk和ask信号
ask信号是振幅键控信号，可用一个多路复用器实现。当控制信号为1时，选择载波信号输出;当控制信号为0时，不选择载波信号输出;当控制信号由速率为10 kb/s的数字脉冲序列给出时，可以产生ask信号。psk信号是移相键控信号，这里只产生二相移相键控，即bpsk信号。它的实现方法与ask基本相同，只是在控制信号为0时，选择与原载波信号倒相的输出信号，该倒相信号可由增益倍数为l的反相放大电路实现。
4 主要功能电路设计
图2给出调幅电路。它采用adi公司的乘法器ad835实现。该器件内部自带加法器，可直接构成调幅电路。图3给出psk/ask电路。它主要由多路复用器和移相器构成。其中，移相器采用maxim公司的高速运算放大器max477所构成的反相放大电路实现，多路复用器采用adi公司的 ad7502。当两条通道选择控制线a1ao为ll时，输出原信号;当a1a0为00时，输出原信号的反相信号;当a1a0为01时，无信号输出。这样只要fpga按固定速率通过al和ao两条控制线给出基带序列信号，就能相应输出psk和ask信号。
fpga内部dds调频电路由分频器、累加器、rom和ad985l时序控制电路构成。分频器用于得到20 khz的信号，作为ad985l控制字的切换频率;rom中存储了1 khz的正弦波表，接收累加器给出的控制字切换信号，同时向ad985l时序控制模块发送频偏控制字;ad985l时序控制电路根据中心频率并结合频偏控制字向ad985l器件发送频率控制字，以实现dds调频。
功率放大电路由adi公司的高速运算放大器ad811和t1公司的缓冲器buf634构成，如图4所示。ad8ll采用同相放大器接法，将输入信号放大到电压峰峰值为6 v;后级缓冲电路用于提供足够的输出电流，使负载的输出电压峰值稳定在6 v。由于ad81l的输出电流较大，所以在ad811与缓冲器之间串接了一只l kω的电阻用于限流。电路调试时发现.输出高频信号有衰减。经过分析获知，主要原因在于后级缓冲器有8 pf的等效输入电容(见图4中虚线)，该电容影响电路的高频响应。于是在ad811输出与buf634输入之间接入了 一只330nf的补偿电容，补偿后的电路高频响应效果良好。
5 系统软件设计
该系统软件采用结构化和层次化的设计方法。前者指相应的基本功能模块利用底层处理子程序所处理的数据，向上层全功能模块提供处理后的数据;后者指利用前者的接口完成该模块功能。最后由主程序调用全功能模块构建系统。图5给出程序流程图。
整个程序以按键中断为主线，分为正弦波、调幅波、调频波、键控波4种输出模式和1个复位模式。在不同的模式下分别执行相应的子程序，最后分别向fpga写入相应的控制字。
6 测试数据
该系统测试主要由高频毫伏表、频率计、示波器完成。其中，高频毫伏表测试输出信号峰值;频率计测试输出信号的频率;示波器用于测试正弦波、调幅波、调频波、psk以及ask等信号波形。
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2 系统总体设计方案
图1给出系统总体设计方框图，它由单片机、现场可编程门阵列(fpga)及其外围的模拟部分组成。在fpga的内部数字部分中，利用 fpga内部的总线控制模块实现与键盘扫描、液晶控制等人机交互模块的通信，并在单片机与系统工作总控制模块之间的交互通信中起桥梁作用。系统工作总控制可统一控制各个时序模块;各时序模块用于完成相应的控制功能。在模拟部分中，利用无源低通滤波器及放大电路，使ad9851型dds模块的输出信号成为正弦波和fm调制信号;再利用调幅电路，使fpga内部dds模块产生的信号与ad9851输出的载波信号变为调幅信号，同时在基带码控制下通过 psk/ask调制电路得到psk和ask信号。最后，各路信号选择通道后，经功率放大电路驱动50ω负载。
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3.1 调幅信号
调幅信号表达式为：
式中：ω0t，ωt分别为调制信号和载波信号的角频率;ma为调制度。
令v(o)=vocos(ω0t)，v(ω)=macos(ωt)，则v(t)=v(o)+v(o)v(ω)。故调幅信号可通过乘法器和加法器得到;通过改变调制信号v(ω)的幅值改变ma，v(ω)的范围为0.1～l v，ma对应为10%~100%。
3.2 调频信号
采用dds调频法产生调频信号，具体实现方法：通过相位累加器和波形存储器在fpga内部构成一个dds模块，用于产生1 khz的调制信号。其中，波形存储器的数据即为调制信号的幅度值。将这些表示幅度值的数据直接与中心频率对应的控制字相加，即可得到调频信号的瞬时频率控制字，再按调制信号的频率切换这些频率控制字，即可得到与dds模块输出相对应的调频信号。
3.3 psk和ask信号
ask信号是振幅键控信号，可用一个多路复用器实现。当控制信号为1时，选择载波信号输出;当控制信号为0时，不选择载波信号输出;当控制信号由速率为10 kb/s的数字脉冲序列给出时，可以产生ask信号。psk信号是移相键控信号，这里只产生二相移相键控，即bpsk信号。它的实现方法与ask基本相同，只是在控制信号为0时，选择与原载波信号倒相的输出信号，该倒相信号可由增益倍数为l的反相放大电路实现。
4 主要功能电路设计
图2给出调幅电路。它采用adi公司的乘法器ad835实现。该器件内部自带加法器，可直接构成调幅电路。图3给出psk/ask电路。它主要由多路复用器和移相器构成。其中，移相器采用maxim公司的高速运算放大器max477所构成的反相放大电路实现，多路复用器采用adi公司的 ad7502。当两条通道选择控制线a1ao为ll时，输出原信号;当a1a0为00时，输出原信号的反相信号;当a1a0为01时，无信号输出。这样只要fpga按固定速率通过al和ao两条控制线给出基带序列信号，就能相应输出psk和ask信号。
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