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高速ＤＤＳ集成芯片ＡＤ9851原理及应用文章介绍了高速DDS芯片AD9851的内部结构、工作原理及功能特点,利用CPLD控制的简单接口实现了正弦波、频率键控波、相位键控波的产生。
标签：DDSAD9851CPLD频率键控相位键控频率合成技术发展至今,DDS(Direct Digital Synthesis)可谓后起之秀。
DDS以其高精度,频率建立和频率切换快,可控制性好,容易实现扫频和频率调制等优点得到了飞速的发展。
DDS通常通过在CPLD或FPGA内设置逻辑电路来实现,理论上可以达到MHz级的信号输出。
但是对于高频信号,DDS的输出波形容易产生由于DA速度不够而带来的失真,同时产生高频信号要求D/A转换后级的I-V转换电路中的运放具有很高的带宽增益积和响应速度。
经实验测试,FPGA内部实现DDS在输出3MHz信号时幅值已经不稳定。
而专用DDS芯片克服了以上缺点,本文介绍的就是其中表现优秀的一款高速DDS芯片。
AD9851结构和工作原理AD9851是Analog Device公司推出的采用先进CMOS技术生产的具有高集成度的低功耗直接数字频率合成器。
内置可软件选通的高速时钟6倍频电路可以只用外部提供较低时钟而产生较高内部参考时钟,对于实际应用中的内部工作频率150MHz,仅需一个25MHz晶振即可,因此减小了高频辐射,提高了系统的电磁兼容能力。
32位的频率累加器可以实现高精度的频率步进,10Bit高速DA转换器可以保证输出信号波形的稳定。
另外,高速比较器可以实现由正弦波到方波的变换,从而直接提供数字电路使用。
各功能模块见AD9851的内部结构框如图1所示。
AD9851控制说明AD9851的可编程功能主要是通过对内部的5个输入数据寄存器写入40位的控制字来实现的。
其控制字寄存器的内容如表1所示:在150MHz系统时钟的情况下频率分辨率是0.035Hz,相位最小步进是11.25°。
控制字的写入有并行和串行两种方式,并行方式是通过数据总线D0-D7来完成的。
目录摘要 —————————————————————————2 创新之处 ———————————————————————2 关键词 ————————————————————————2 引言 —————————————————————————2 系统工作原理 —————————————————————3 直接数字频率合成 ———————————————————4 DDS 基本原理及性能特点 —————————————————5 采用 DDS 的 AD9851 ———————————————————6 AD9851 的原理 —————————————————————7 AD9851 在信号源中的应用 ————————————————8 AD9851 在本系统的应用电路 ———————————————9 低通滤波器（LPF） ——————————————————10 锁相环频率合成 ———————————————————11 锁相环频率合成 MC145151 在本电路中的应用 ————————12 压控振荡器（VCO） ———————————————————12 缓冲放大器 ——————————————————————13 单片机控制的整体电路 —————————————————14 功率放大 ———————————————————————15 本系统的软件设计 ———————————————————15 总调试 ————————————————————————25 结束语 ————————————————————————25 DDS 短波信号发生器技术指标 ——————————————26 所采用的仪器设备 ———————————————————26 所用软件 ———————————————————————26 参考文献 ———————————————————————26 参考网站 ———————————————————————271DDS 短波信号发生器摘要： 本文主要介绍的是采用直接数字频率合成的短波信号发生器， 它 主要以微电脑控制部分、直接数字频率合成（DDS）部分、数字锁相 环频率合成部分、背光液晶显示部分、功率放大部分等组成。
4 DDS模块板DDS模块板的主芯片是AD9854芯片作为主芯片，它是ADI公司推出的高性能、高集成度DDS芯片。
AD9854芯片主要性能为：●最高300MHz的系统时钟频率（本模块支持的最高频率为200MHz）；●4-20倍可编程参考时钟倍频器；●双路48位可编程频率寄存器；●双路14位可编程相位偏移寄存器；●12位可编程幅度调制以及可编程Shape On/off Keying功能；●超高速、低抖动比较器；●SIN(x)/x校正。
本模块不仅能够产生标准正弦波，在MCU的配合下，还能够实现多种数字载波调制，用途非常广泛。
模块板的硬件布局如图4.1所示，跳线孔对应连线如表4.1所示。
为使AD9854输出高稳定的、低抖动的信号，模块为AD9854提供了相应的硬件滤波电路。
使用AD9854时，一定要注意如下两点：（1）芯片复位。
MCU程序要对AD9854进行上电复位操作；复位操作一定要符合使用要求。
（2）AD9854的内部寄存器一定要配置正确。
图4.1 DDS模块板硬件资源布局附带的参考文档提供了电路原理图、AD8954的Datasheet和中文使用说明。
Demo程序说明如下：●位置：fpga/ demo_project/ test_parallel_dds。
●功能说明：提供了DDS模块板的演示程序。
该程序能够使模块输出频率为156.25KHz的正弦波。
程序的顶层文件提供了更为详细的工程说明，ucf文件提供了模块的连线方法。
●连线方法：（1）跳线连接底板跳线孔模块板跳线孔TP140 TP17TP136 TP9TP139 TP11TP200 TP22TP207 TP23TP206 TP24TP214 TP15TP208 TP13TP212 TP10TP213 TP19TP216 TP16TP222 TP20（2）排线连接底板排插J4 模块板排插J3J4.1 J3.1J4.2 J3.2J4.3 J3.3J4.4 J3.4J4.5 J3.5J4.6 J3.6J4.7 J3.7J4.8 J3.8J4.9 J3.9J4.10 J3.10J4.11 J3.11J4.12 J3.12。
高性能DDS芯片AD9854结构功能简介作者：李津生丁敏来源：《电子世界》2012年第14期【摘要】本文介绍了ADI公司的高性能DDS芯片AD9854。
AD9854是一款CMOS工艺的300 MSPS正交完整DDS芯片，在现代波形发生与合成、通信领域有着广泛的应用。
本文介绍了DDS技术的基本原理及AD9854内部结构级功能。
【关键词】DDS；AD9854；DDS核；反辛格滤波器1.引言在现代电子技术中，波形的产生与合成以及基于此的调制应用无处不在。
在直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthe-sizer，DDS）技术出现前，一般采用模拟方法，如晶体管振荡器、锁相环等电路来实现。
模拟方法可以产生很高的频率，但是不够精确、不易自动控制。
DDS技术的出现和快速发展为这类应用提供了一种低成本、低功耗、高分辨率的解决方案。
本文介绍了DDS技术的基本原理和ADI公司的高性能DDS芯片系列中的AD9854的结构与功能。
2.DDS技术原理DDS技术可以通过数字化的方法产生所需信号的一种技术。
正弦信号的表达式为：(1)可以看出幅度的变化与时间并不成正比，但是角度的变化与幅度是成正比的，我们从单位圆可以解释，如图1所示。
图中表达式为：(2)正弦波的t时刻对应值即为单位圆半径在纵轴上的投影，随是成线性变化的。
由式(2)可得：(3)在实际器件中，，代入上式则有：(4)DDS器件中的相位累加器西欧那个0-2循环计数，设相位累加器为N位，则。
代入式(4)我们即可得到最终DDS输出频率为：(5)式中，为输出频率，FTW为频率字（即），为系统时钟频率，N为相位累加器长度。
从式（5）我们可以看出，当FTW取最小值1时，输出频率最小，也即DDS器件的分辨率为：(6)输出最大频率由采样定理决定，为：(7)3.AD9854的结构与功能AD9854是ADI公司的一款CMOS工艺300MSPS正交的完整DDS芯片。
AD9854是一款高度集成的芯片，采用先进的DDS技术，内部集成了300MHz的DDS核（ASVZ系列为300MHz，ASTZ系列为200MHz）、高速高性能双路正交DAC、反辛格滤波器、双路48位频率寄存器、双路14位相位寄存器、4～20倍时钟倍频器、调幅模块和3ps均方根抖动超高速比较器。
DDS介绍（自己整理）DDS概要1971年，美国学者J.Tierney等人撰写的“A DIGITAL Frequency Synthesizer”-文首次提出了以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新给成原理。
限于当时的技术和器件产，它的性牟指标尚不能与已有的技术盯比，故未受到重视。
近1年间，随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器（Direct DIGITAL Frequency Synthesis简称DDS或DDFS）得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的姣姣者。
具体体现在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。
DDS是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文缩写。
与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。
一、DDS原理和结构DDS的基本大批量是利用采样定量，通过查表法产生波形。
DDS的结构有很多种，其基本的电路原理可用图1来表示。
相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。
每来一个时钟脉冲fs，加法器将控制字k与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送到累加寄存器的数据输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。
这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位加累加。
由此可以看出，相位累加器在每一个中输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的出频率就是DDS输出的信号频率。
用相位累加器输出的数据作为波形存储器（ROM）的相位取样地址。
这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值（二进制编码）经查找表查出，完成相位到幅值转换。
频率源是通信、电子测量仪表、雷达等电子系统实现高性能指标的关键部分，并在广电系统中也有极为广泛的应用。
直接数字式频率合成技术（ＤＤＳ）具有频率转换时间极短、频率分辨率极高、输出相位连续、相位噪声低、可编程、全数字化、易于集成等突出优点，成为现代电子系统及设备中频率源的首选，对其进行研究具有重大的理论和实践意义。
以下将对ＤＤＳ波形产生原理、控制方式、频谱特性进行分析，并设计出一套基于ＭＣＳ－５１芯片和ＡＤ９８５１芯片的ＤＤＳ波形发生系统。
达到参数如下：（１）出频率范围：３０ＭＨｚ～１８０ＭＨｚ；（２）率准确度：优于土５０Ｈｚ；（３）频率转换时间：≤２ｕｓ；（４）步进精度：１ｋＨｚ。
１ ＤＤＳ原理分析ＤＤＳ在结构上主要可划分为数控振荡器和数字／模拟转换两个模块，模块ＮＣＯ又由相位累加器和正弦查询表ＲＯＭ构成。
ＮＣＯ实现由数字频率字输入生成相应频率的数字波形，模块ＤＡＣ实现将ＮＣＯ产生的数字幅度值高速且线性地转为模拟幅度值。
基本框图如图１。
２ 硬件设计及结果２．１硬件选型市场上有ＡＤ、ＭＡＸＩＭ等大型软件公司生产ＤＤＳ芯片。
本次设计采用ＡＤ公司的芯片。
从性价比考虑，ＤＤＳ芯片选用ＡＤ９８５１芯片，控制芯片选用ＡＴ８９Ｃ５２芯片，ＰＬＬ芯片选用ＭＣ１４５１５２芯片。
若需调节波形的幅度，可选择ＡＤ公司的ＡＤ８３２０可编程运放作为后级。
其型号及价格如下表格１。
２．２ＡＤ９８５１简介ＡＤ９８５１是ＡＤ公司ＤＤＳ芯片中性价比较高的一款，具有如下特性：（１）允许最高输入时钟１８０ＭＨｚ，同时可选择是否启用内含的６倍频乘法器；（２）带有高性能的十位Ｄ／Ａ转换器；（３）具有简化的控制接口，允许串／并行异步输入控制字；（４）允许工作电源范围：＋２．７伏～＋５．２５伏；（５）可以工作在掉电方式（低功耗）：４ＭＷ＋２．７伏；（６）其自由寄生动态范围（ＳＦＤＲ）＞４３ｄＢ＠７０ＭＨｚ输出；（７）采用极小的２８脚贴片式封装。
２．３硬件连接由主控芯片ＡＴ８９Ｃ５２的Ｐ１口向ＡＤ９８５１输入控制字，并由Ｐ３．４、Ｐ３．５、Ｐ３．６三口分别接ＡＤ９８５１的Ｗ＿ＣＬＫ、ＦＱ＿ＵＤ、ＲＥＳＥＴ三个端口，若采用串行模式，则只须选择Ｐ１中一个接口与ＡＤ９８５１相连（如图２）。
AD9914芯片功能简介
AD9914引脚图
AD9914是一款DDS芯片，内部集成了锁相环，但是需要外接环路滤波器。
众所周知，DDS芯片需要系统时钟，AD9914的系统时钟可由外部直接提供，也可以由内部锁相环产生。
这两种方式提供的时钟，在频率上是有区别的，印象里PLL提供时钟2.4~2.5GHz，而外部直接提供的，忘了，好像最高3.5G吧，大家可看AD9914的datasheet。
如果用PLL提供系统时钟，则需要外部提供一个参考时钟，可以是单端也可以是差分，具体接口电路可参阅datasheet。
后面的工作就是配置内部寄存器了。
写寄存器，通过单片机的SPI通信，如果不读的话，两根线就可以满足写入。
一个是data，一个是clk。
印象里需要5个字节，第一个字节包括地址和写命令，后面四个字节32位是具体的寄存器值。
AD9914有多种工作模式，用过的是小数分频好像，就是有AB两个寄存器，其中一个是分子一个是分母……然后写好频率字，幅度字和相位字即可。
幅度字和相位字直接写入profile寄存器，频率字的AB 是占用斜坡发生器什么的地址。
单片机SPI设置好，寄存器内容写好，但是AD9914可能还是不出数据，这时候貌似要检查外部省电模式引脚了。
AD9914功能很强大，可在MCU控制下实现频率幅度相位可控可调。
外围电路也没什么复杂的，有PLL环路滤波的，有电源滤波的，有串并行数据输入选择的，有profile寄存器选择的……最后，差分输出，接一个传输线变压器把差分变单端就行，差分输出那块，接个上拉电阻，到3.3V就行~。
《ADI DDS AD9910评估使用心得》第一篇。
adiddsad9910评估使用心得adi公司推出的一系列dds 芯片中，最高性能的莫过于ad9858及后续的ad9910/ad9912了。
ad9858是早期的产品，其特点是输出功率大，并带有rf混频等功能，缺点是d/a转换位数低，杂散比较大。
ad9910则有不少改进，本人在使用过程中有一些心得体会，拿出来与大家分享。
对于初次使用者来说，ad9910繁多的寄存器设置常常让人摸不着头脑，而adi工程师总是评估软件的寄存器设置。
那么，能不能用官方的评估软件直接配置自己的硬件电路呢，回答是肯定的。
adi官方提供了评估板的全部设计资料，包括用户手册、硬件电路原理图、pcb/gerber文件、评估软件及源代码。
给使用者评估芯片性能提供了极大的方便。
如果你的设计中是采用fpga/cpld+ad9910的设计，那么恭喜你，只需很小的成本即可享受官方评估软件带来的便利。
首先来认识一下官方评估板的硬件设计。
为了让用户充分评估ad9910的性能，官方评估板采用usb+cpld+fifo+ad9910的结构。
其中cpld及fifo主要用于评估paralleldataportmodulation模式，不是本文的重点。
评估板的原理框图如下图所示。
usb接口芯片采用cy7c68013a，是cypress公司推出的ez-usbfx 系列第二代usb接口芯片，支持usb2.0规范，内部由8051核、sie 引擎及fifo构成。
支持re-numeration模式，支持固件在线下载。
epm240是altera公司的复杂可编程逻辑器件cpld，用于控制fifo的读写以及其他一些控制信号的控制。
idt72v285是idt公司的同步fifo，容量为32kx18。
ad9910评估板实物图如下所示。
也许有人不禁要问，即使知道了硬件的详细设计，但是没有usb 固件及cpld程序，如何使用呢。
多个基于DDS芯片AD9850/AD9851的合成器的同步方法一．概述在许多应用中，要求产生两个或者更多明确的相位相关的正弦信号，例如相位正交，美国ADI( Analog Devices Inc)公司推出的AD9850和AD9851 DDS集成芯片就可以提供这样的正弦信号。
本文详细地介绍了DDS芯片AD9850/AD9851的基本原理以及多个基于DDS芯片AD9850/AD9851的合成器的同步方法，提供了实现的步骤和指令，并且讨论了产生相位错误的可能原因。
二．基本原理1、AD9850/AD9851的基本特点和工作原理AD9850/AD9851是AD公司生产的最高时钟为125MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器。
它结合一个片内高速、高性能DAC和比较器构成一个完整的数字控制可编程频率合成器，是具有时钟产生功能的高集成度芯片。
由于采用了CMOS技术，其功耗较小，在＋5V 电源供电，125MHz时钟时，能以380mW的功率工作。
AD9850/AD9851具有以下特点：a)125MHz的时钟频率；b)集成在一块集成电路芯片上的高性能DAC以及高速比较器；c)5bits相位调制；d）32bits频率控制字；e）40MHz模拟输出时，DAC输出的抑制寄生动态范围SFDR>50dB；f) ＋5V电源供电，125MHz时钟时，功率为380mW；g)简化的控制接口，并行或串行输入形式；h)极小的28管脚表面封装形式。
图1为AD9850/AD9851的功能模块图。
由此可以看出，这两种芯片只有微小的区别，那就是AD9851有一个6x时钟乘法器和MUX，而AD9850没有。
在DDS (Direct Digital Synthesis，直接数字式频率合成)内核前有两个寄存器，第一个是移位寄存器，它接收5字节的并行数据或者40位的串行数据，由字输入时钟信号W_CLK将数据锁存到该寄存器中。
当第二个寄存器由FQ_UD信号触发后，它就会将移位寄存器中的内容送到DDS内核，此过程在系统时钟信号的下一个上升沿完成。
