基于DDS的調頻信號發(fā)生器的設計與仿真

　　引言

　　DDS(直接數字頻率合成器)具有相位變換連續、頻率轉換速度快、頻率分辨率高、相位噪聲低、頻率穩定度高、集成度高、易于控制等諸多優(yōu)點(diǎn)，在現代頻率合成技術(shù)中占有重要地位，被廣泛應用于信號發(fā)生器、雷達系統、通信系統等領(lǐng)域。MCU(微控制器)具有很強的數據處理能力和控制能力，片上外圍設備豐富，精度高，功耗低，在電子設備上有廣泛的應用。本文介紹一種基于A(yíng)DI公司的雙通道DDS芯片AD9958產(chǎn)生高質(zhì)量調頻信號的數字調頻信號發(fā)生器的設計方法，該結構產(chǎn)生的調頻信號覆蓋頻率范圍廣，載波頻率和頻偏數字可調，調頻波形頻率準確度高，且成本較低、可靠性高。

　　系統結構原理

　　調頻(FM)體制用已調信號頻率的變化承載信息。調頻波的瞬時(shí)頻率等于載波頻率加上一個(gè)正比于調制信號的時(shí)變頻率。

　　調頻波的表達式為：

　　其瞬時(shí)角頻率為：

　　其中ω0 固定角頻率(載頻); 為比例常數(調制常數)，代表調制器的靈敏度[1]。

　　DDS輸出的信號頻率可以由下式給定：

　　其中：為參考時(shí)鐘， 為信號頻率分辨率，為輸出信號頻率， 為頻率控制字， 為相位累加器的位數?？梢?jiàn)，可以通過(guò)設定相位累加器的位數、頻率控制字和系統參考時(shí)鐘的值，就可以產(chǎn)生任意信號頻率的輸出[2]。

　　可以看出，當 時(shí)，可得DDS的最低輸出頻率即此DDS的頻率分辨率為：

　　利用DDS實(shí)現調頻，就是要使信號合成器輸出信號的頻率隨著(zhù)調制信號的幅度大小線(xiàn)性變化，瞬時(shí)頻率的變化可以轉化為對頻率控制字的改變的控制[3]。假設調制信號經(jīng)ADC轉換為B位數字信號，為滿(mǎn)足調制頻偏要求，需在MCU內與一可調的調制常數相乘，乘積作為調制信號的頻率控制字;再假設載波頻率控制字為 ，則調頻波的頻率控制字為：

　　代入(1)式得調頻波信號的瞬時(shí)頻率序列：

　　考慮到相位累加器的積分器作用，假設波形存儲器存儲的為余弦波，則DDS輸出的調頻信號序列為：

　　再將調頻信號序列 通過(guò)數模轉換器和低通濾波器后，得到的模擬信號就是直接數字合成的調頻信號。

　　硬件實(shí)現

　　由于采用全數字結構，DDS輸出信號的頻帶受器件水平的限制，一般在幾百兆以?xún)?。在本系統中，為了達到設計指標要求的100 ~ 400MHz的調制頻段要求，綜合考慮DDS芯片的技術(shù)水平以及成本問(wèn)題，我們采用雙通道DDS與混頻器相結合的方案來(lái)提高調頻信號的工作頻段，這樣每個(gè)通道的最大輸出頻率只需達到200MHz。向雙通道DDS的兩個(gè)通道送入相同的調頻波頻率控制字，則兩個(gè)通道DDS-1和DDS-2產(chǎn)生完全同步的載波為的調頻信號序列，再將調頻信號序列分別通過(guò)D/A轉換器和低通濾波器后混頻，去掉直流成分，得到的模擬信號就是載波頻率為的調頻信號。系統的硬件結構原理如圖1所示 。