[实用新型]基于DDS的高频超声波换能器驱动电路

说明书

技术领域

    本实用新型涉及超声波换能器领域，具体是一种基于DDS的高频超声波换能器驱动电路。

背景技术

2009年1月，《电子测量技术》第32卷，第1期，公开了《一种频率可调超声波驱动电路的设计》，该电路通过FPGA产生频率可调信号，设计了一种新型互补对称的驱动电路，并用其制作驱动超声波电机。通过建立超声波电机的电路模型，以及实际电路的制作，验证了该电路确实能产生频率可调的信号，从而使超声波电机始终工作在最佳状态。最后进行了实验验证，效果良好。但该电路也存在一些不足之处，比如，FPGA技术对电路设计者要求比较高，且电路功耗大。

目前,由集成电路发射模块和分立元件组成的驱动电路的发射频率多为40KHz～1MHz。2009年4月，《电子测量技术》第32卷，第4期，公开了《一种高频超声波换能器驱动电路的设计》，此电路的发射频率仅达1MHz，可用于对精度要求极高, 如基于超声波的精确测量、美容器等领域，为超声波应用于更多的领域提供了必要的准备。但该发射频率仍然较低，满足不了更多领域的应用。

DDS是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文缩写，同 DSP（数字信号处理）一样，是一项关键的数字化技术。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。

DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分（如Q2220）。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度（芯片一般通过查表得到）。DDS芯片输出的一般是数字化的正弦波，因此还需经过高速D/A转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信号。另外，有些DDS芯片还具有调幅、调频和调相等调制功能及片内D/A变换器（如AD7008）。

DDS的优点如下：

（1）   频率分辨率高、输出频点多、可达2的N次方个频点(N为相位累加器位数)；

（2）   频率切换速度快，可达us量级；

（3）   频率切换时相位连续；

（4）   可以输出宽带正交信号；

（5）   输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用；

（6）   可以产生任意波形；

（7）   全数字化实现、便于集成、体积小、重量轻。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低成本、低功耗、高分辨率和快速转换的基于DDS的高频超声波换能器驱动电路，该电路可产生方波或正弦波，其最高发射频率可达40MHz；在功率满足的情况下，即可驱动超声波换能器。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于DDS的高频超声波换能器驱动电路，包括依次连接的MCU、DDS模块、开关管和换能器；所述MCU采用AT89S52芯片，所述DDS模块采用AD9850BRS芯片，所述AT89S52芯片的P1.0-P1.7引脚通过接线端子J2与AD9850BRS芯片的D0-D7引脚连接，所述AD9850BRS芯片的QOUT引脚通过开关管连接换能器。

作为本实用新型进一步的方案：所述开关管采用MOS管，且AD9850BRS芯片与MOS管Q1之间设有运放电路。

作为本实用新型进一步的方案：所述AT89S52芯片的EA/VPP引脚连接VCC端，AT89S52芯片的XTAL1引脚同时连接晶振Y的一端和电容C2的一端，AT89S52芯片的XTAL2引脚同时连接晶振Y的另一端和电容C13的一端，所述电容C2的另一端和电容C13的另一端同时连接电阻R5，并接地，电阻R5的另一端同时连接电容C11和AD9850BRS芯片的RST引脚，电容C11的另一端连接VCC端，AT89S52芯片的P2.0引脚、P2.1引脚、P2.2引脚通过接线端子JI依次连接AD9850BRS芯片的RESET引脚、FQUP引脚、WCLK引脚。