[发明专利]基于AD9959的多通道同步波形发生器

说明书

技术领域

本发明涉及高速波形合成技术领域，具体来讲，涉及一种基于DDS（Direct Digital Frequency Synthesis）的高速波形发生器。

背景技术

波形发生器是广泛应用于电子测量、通信、雷达、科学实验等领域的信号源，从某种程度上来说，高质量的信号源是实现高性能指标的关键。在很多现代电子系统、通信设备或测量系统中都应用了高性能的信号发生源来提供高质量的信号，因此在现代社会中高品质的信号发生装置已经成为必不可少的电子系统。

传统的波形发生器，输出频率频段范围窄，输出波形单一，输出频率不稳定。实际应用中，有时需要波形发生器的输出频率捷变，频段范围尽量宽，并要能够实现多通道输出，这对多通道系统（相控超声系统，多激励源电阻抗成像系统等）是非常重要的，并且多通道输出要同步，还要保持一定的相位关系。

传统的波形发生器对由模拟处理或者PCB布线失配而产生的外部信号通道的不均衡、不同芯片间延时时间的差异所引起的输出信号的相位差没有考虑。

基于DDS（Direct Digital Frequency Synthesis，DDS）波形合成技术的波形发生器，从相位概念出发，由不同的相位给出不同的电压幅度，即相位-幅度变化，最后滤波，平滑输出所需的频率。波形合成模块主要由相位累加器、波形查找表、数模转换器和低通滤波器组成，具有输出波形种类多，频率分辨率高，频率切换快，相位连续变化，集成度高，体积小，质量轻等优点。随着VLSI技术的发展，DDS的集成度越来越高，在一块芯片上就可以实现其全部功能，这是PLL等频率合成方式难以企及的，这些特征使得它在雷达、导航等无线通信领域得到了广泛的应用。

AD9959是ADI公司2005年推出的业界唯一一款多通道高速直接数字频率合成器。该芯片内部集成了四个DDS核，因此可对内部的四个输出通道独立进行编程。通过一个公用系统时钟在芯片内部同步各个独立的通道，AD9959可以对由于模拟处理或者PCB布线失配而产生的外部信号通道的不均衡进行有效的校正，从而使系统工程师用相当少的时间和精力去处理这个通常很复杂的系统设计问题。

USB 是一种高效、快速、价格低廉、体积小和支持热插拔的新型串行通信接口。其支持多个外部设备的连接和通信，并且即插即用的特点可以使用户在不重新启动计算机的情况下直接将 USB 外部设备连接到计算机并开始通信。USB 规范为计算机和外部设备之间的通信提供了一套完整的解决方案。

目前采用DDS技术实现任意波形信号发生器的方法一般有两种，一是在电路上集成现成的DDS芯片来实现，即集成解决方案；二是在现场可编程门阵列（FPGA，Field-Programmable Gate Array）内部用硬件代码来实现DDS功能，即FPGA解决方案。 前者接口与控制方式简单，易于开发；后者逻辑实现复杂。前者内部集成DAC，后者外部扩展DAC，实现较前者复杂，集成度不如前者高。前者稳定性和可靠性比较高；后者内部逻辑设计在流水线处理时容易出现不严谨的逻辑，从而影响可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高精度、快切换速度、全数字化的基于USB和AD9959的多通道同步的电路结构简单，应用价值高的波形发生器。

为达到上述目的，本发明的基于USB和AD9959的波形发生器可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供的基于AD9959的多通道同步波形发生器包括远程PC机显示与控制模块、时钟管理模块、USB接口与控制模块、DDS集成模块、低通滤波器模块、波形合成电路模块；所述的时钟管理模块与USB接口与控制模块、DDS集成模块连接；远程PC机显示与控制模块与USB接口与控制模块中的上位机USB接口连接；USB接口与控制模块中的8051内核与通用可编程接口连接；USB接口与控制模块中的USB收发器与智能USB SIE模块连接；USB接口与控制模块中的通用可编程接口与DDS集成模块中的相位、幅度、频率控制器连接；DDS集成模块中的DAC与低通滤波器模块连接；低通滤波器模块与波形合成电路模块连接。其中，时钟管理模块产生高频高稳时钟源信号，作为该波形发生器的时钟信号；远程PC机通过USB总线实现频率、相位、幅度、占空比的设置与工作方式的转换；相位、幅度、频率控制器控制DDS核产生对应信号波形的数字序列，由数模转换器将其转换为阶梯模拟电压波形，最后由具有内插作用的低通滤波器LPF将其平滑为连续的正弦波形作为输出；输出的正弦波通过比较器电路和逻辑电路产生方波，方波通过积分器产生三角波或锯齿波。