文献综述
电子信息工程
信号发生器的设计方案综述
摘要：本文首先介绍了信号发生器的背景与应用，然后提出了基于直接数字频率合成(DDS)技术的信号发生器实现，概述了DDS的概念及基本结构，介绍了基于FPGA、单片机及专用芯片的信号发生器实现方案，最后对这些方案给出笔者的评价。
关键词：DSP BUILDER；数字移相信号发生器；DDS
1引言
在当今社会，信号发生器作为电子领域中的最基本、最普通、最广泛的仪器之一，是工科类电子工程师进行信号仿真实验的最佳工具。而信号发生器是指能产生测试信号的仪器，它主要用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。
本文设计的数字移相信号发生器通过移相技术在数控、数字信号处理机、工业控翻、自动控制等各个领域得以应用[1]。
2 DDS概述
直接数字频率合成DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer)是一种采用数字化技术、通过控制相位的变化速度、直接产生各种不同频率信号的新型频率合成技术，标志着第三代频率合成技术的出现。它是把一系列数字量形式的信号通过数模转换器(DAC)转换成模拟量形式的信号[2]。目前使用的最广的一种DDS方式是利用高速存储器作查找表。然后通过高速DAC输出已经用数字形式存入的正弦波。具有频率切换时间短，频率分辨率高，频率稳定度高。输出信号的频率和相位可快速程控交换、输出相位连续、容易实现频率、相位和幅度的数控调制等优点[3]。
图1 DDS基本结构
DDS是以数控的方式产生频率、相位和幅度可以控制的正弦波，如图1所示为基本DDS结构，由
相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表、D／A构成[4]。相位累加器是整个DDS的核心，它由一个累加器和一个N位相位寄存器组成，每来一个时钟脉冲，相位寄存器以相位步长M增加，相位寄存器的输出与相位控制字相加，完成相位累加运算，其结果作为正弦查找表的地址，正弦ROM查找表内部存有一个完整周期正弦波数字幅度信息，每个查找表地址对应正弦波中o。～360。范围的一个相位点，查找表把输入的地址信息映射成正弦波幅度信号，通过D／A输出，经低通滤波器后，即可得一纯净的正弦波。
而所谓的移相，就是指两路同频的信号，以其中的一路为参考，另一路相对于该参考作超前或滞后的移动，即称为相位的移动。两路信号的相位不同，便存在相位差，简称相差[5]。两路信号的相位差用相位字来控制，只要相位字不同，就可得到两路不同相位的移相信号。
3 基于DDS的数字移相系统设计
3．1基于FPGA的实现
传统使用FPGA的数字信号处理系统的设计，首先需要用仿真软件进行建模仿真，得到预想中的仿真结果后。再根据仿真过程和结果，使用硬件描述语言创建硬件工程，最后完成硬件仿真。整个过程漫长而繁杂，尤其困难的是仿真过程不够直观．一旦遇到问题无法及时准确地确定问题所在。而DSP Builder作为一个面向DSP开发的系统级(或算法级)设计工具，它架构在多个软件工具之上，并把系统级和RTL 级两个设计领域的设计工具连接起来，最大程度地发挥了两种工具的优势[5]。DSP Builder依赖于MathWorks 公司的数学分析工具Matlab/ Simulink ,DSP Builder允许设计者在Matlab 中完成算法设计,在Simulink 软件中完成系统集成,通过SignalCompiler模块生成Q uart usII 软件中可以使用的硬件描述语言(V HDL) 文件,它提供了QuartusII软件和MA TLAB/ Simulink工具之间的接口,通过DSP Builder 、SOPC Builder 、Quart usII 软件构筑的一套从系统算法分析到FPGA 芯片实现的完整设计平台[6]。
3．2基于单片机的实现
基于单片机的信号发生器其核心内容是单片机的主程序，主程序对整个设计起着总控作用[7]。设计方案如图2所示．系统在程序控制下，先读取P3口决定波形信号类别，然后由Po口输出数据，经D／A转换后放大、滤波输出．波形频率在线调整是通过读取P2口上的拨码开关的编码，并根据该编码产生的数字量，在PO口输出一个数据后立即产生一个对应时长的延时时间来实现．幅度调整是通过接在DAC上的滑动变阻器来改变D／A转换的参考电压来实现[8]。
图2 系统方案
3．3基于专用芯片的实现
基于专用芯片来实现数字移相信号发生器设计，如AD9850芯片。AD9850是美国AD公司生产的高集成度DDS芯片，采用CMOS工艺，其功耗在3．3 V供电时仅为155 mW，扩展工业级温度范围为-40～80℃，采用28引脚的SSOP表面封装形式[9]。它主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器(ADC)和高速比较器3部分构成。AD9850有40位控制字，32位用于频率控制，1位用于电源休眠控制，2位用于选择工作方式，其中5位用来进行相位控制[10]。
结论
基于DSP BUILDER的数字移相信号发生器设计，系统采用了直接数字频率合成（DDS）技术，利用DSP BUILDER建立数字移相信号发生器的模型，并在DSP BUILDER平台上完成仿真和编译，该系统产生的波形稳定，抗干扰能力强，频率、相位和幅度调节方便，精度高，有一定的开发及生产价值。基于单片机编程来设计信号发生器,它从技术上克服了元器件分散性造成波形失真的问题。用专用芯片来实现的设计，它只需要很少外部元件就能实现波形信号且达到较高效率，易于调试，实现难度低。
参考文献：
[1]王志强.数字移相信号发生器的设计研究[J].中国高新技术企业,2008:144～151.
[2] 张先志.基于DDS技术的线性调频信号的生成[J].现代电子技术,2008(15):30～33.
[3]罗韩君,刘明伟,林亚风.基于DSP Builder的DDS设计与实现[J].现代电子技
术,2008,2,31(17):147～150.
[4]赖昭胜,管立新.基于Dsp Builder的DDS实现及其应用[J].微计算机信息,2006,4,22
