AD9833详细原理解析(附内部寄存器说明)

基于AD9833的高精度可编程波形发生器系统设计来源：国外电子元件介绍频率合成器不仅是发射机的激励信号源，也是通信、雷达和导航设备中接收机的本机振荡器。它可用作电子对抗设备中的干扰信号发生器。作为测试设备中的标准信号源。因此，频率合成器被称为许多电子系统的“心脏”。核心是设计一个高精度、易于操作的频率合成器。因此，本文提出了一种基于DDS AD9833的高精度波形发生器系统解决方案。用户可以直接编辑和设置所需的波形频率、峰峰值等信息，并将配置信息通过串口发送到电路板，实时控制波形。该系统设计已成功应用于某型雷达测速仪测试设备中。2 ad 9833简介AD9833是ADI公司的一款低功耗DDS器件，能够输出正弦波、三角波和方波。AD9833不需要外部元件，输出频率和相位可以通过软件编程，便于调整。其频率寄存器为28位，精度为0.1赫兹；当主频率时钟为25 MHz时。当主频时钟为1 MhZ时，精度可达0.004 Hzt2。AD9833有五个可编程寄存器：一个16位控制寄存器，用于设置器件_T模式；两个28位频率寄存器和两个12位相位寄存器分别用于设置器件输出正弦波的频率和相位。AD9833有3条串行接口线，与SPI、QSPI、MICRO-WIRE和DSP接口标准兼容。在串行端口时钟SCLK的作用下，数据以16位的方式加载到设备中。AD9833的内部电路主要包括数控振荡器(NCO)、频率和相位调节器、正弦波、数模转换器和电压调节器。AD9833的核心是一个28位相位累加器，由一个加法器和一个相位寄存器组成。相位寄存器根据每个时钟增加步长。相位寄存器的输出与相位控制字相加，然后输入正弦查询表地址。正弦查找表包含一个周期内正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中的0。约360范围内的1个相位点。查找表将输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字信号，并驱动数模转换器输出模拟量。输出正弦波频率为：其中：freqreg是频率控制字，由频率寄存器FREQOREG或FREQREG的值给出，其范围为0M228-1。FMCLK是参考时钟频率。输出正弦波的相位为2/4 096xPHASEREG，其中phaseeg是所选相位寄存器的值。输出正弦波的峰峰值被固定在大约600毫伏，并且正弦波不是标准正弦波，即波谷是0 V而不是负电压。因此，输出正弦波为：其中：k约为600 mV，与器件的内部基准电压相关。3系统设计图1是基于PC控制的高精度波形发生器系统的框图。由于晶体振荡器将直接影响频率稳定性和频率波动，压控晶体振荡器具有高达20 ppm的频率稳定性，温度补偿晶体振荡器可以达到1-20 ppm，恒温晶体振荡器和数字补偿晶体振荡器小于1 ppm。考虑到性能和成本因素，晶体振荡器采用温度补偿式控制。模拟多路选择器使用ADI公司的ADG704.多选择器有4个输入和1个输出。两个电平信号的组合用于选择，便于与处理器的输入/输出端口连接。这三个输入信号分别是dds1和DDS2的输出信号，以及两个输出信号叠加后的输出信号。模拟多路选择器输出三个输入信号之一。单片机可以控制模拟多路选择器选择3个信号的输出。为了控制输出正弦波的峰峰值，引入一个数字电位计对输出信号进行分频，通过调节数字电位计的抽头位置来改变抽头电压值。使用ADI公司的AD5160数字电位计。电位计有256个抽头和SPI接口，便于与处理器连接。连接图如图2所示。单片机采用基于ARM7内核的LPC2132控制器，具有2个UART接口、1个SPI接口和1个SSP接口。一个UART接口用于连接RS232电平转换器，SPI接口用于连接两个数字电位器，电位器的SLCK、MOSI和味噌引脚连接。其芯片选择信号连接到控制器的输入输出端口。控制器的SSP接口与两个DDS相连，其连接方式类似于数字电位器。系统采用RS232接口设计。用户可以设置DDS的输出频率、初始相位、峰峰值，选择两路信号独立输入M或叠加输出。配置信息通过RS232接口上传到单片机。单片机设置DDS根据输出频率和初始相位来确定初始相位；根据峰峰值设置数字电位器；根据两个信号的独立输出或叠加输出，设置模拟多路选择器。系统的设计和实现如下：2个独立的正弦波输出及其叠加输出可以独立断开。输出正弦波频率、初始相位、峰峰值和信号开/关由用户编程设置控制。输出正弦波最大频率高于100千赫，调节精度为0.004赫兹，输出正弦波的峰峰值为0-500毫伏，调节精度为2毫伏；输出信号的频率稳定性小于10 ppm，频率误差小于0.0 MHz，频率波动小于110-3/h。由于DDSAD9833输出波形的峰峰值是固定的，系统成功解决了峰峰值设置问题。上位机软件可以灵活设置所需波形的峰峰值和频率。与普通信号源相比，该系统的设计降低了按键面模板和液晶显示器的成本，将面模板的模拟控制改为PC机的数字控制，提高了系统的抗干扰能力。图3显示了上位机软件界面。上位机软件采用VB编程，由微软MSCOMM控件实现。结论以AD9833为频率信号源的核心，实现高稳定、高精度、高分辨率的信号发生器系统。与普通信号源相比，该系统设计体积小，设计使用灵活方便，已成功应用于某型雷达测速仪测试设备中。因此，基于AD9833的各种信号源必将有广阔的应用前景。记录频率和相位AD9833包含两个频率寄存器和两个相位寄存器。如表3所示表3:频率/相位寄存器符号大小形容频率0频率028位频率寄存器0。当FSELECT位=0时，该寄存器定义MCLK的频率，输出频率为一小部分。频率128位频率寄存器1。当FSELECT位=1时，该寄存器定义MCLK的频率，输出频率为一小部分。阶段0相位012位相位偏移寄存器0。当PSELECT位=0时，该寄存器的内容被添加到累加器输出级。第一相12位相位偏移寄存器1。当PSELECT位=1时，该寄存器的内容被添加到累加器输出级。AD9833的模拟输出为fMCLK/228 x FREQREG，其中FREQREG是频率选择寄存器的值负载。该信号将逐渐将寄存器从2/4096 x PHASEGREG转换为一个流程图，该流程图以书面形式向处于PHASEGREG选择阶段的寄存器显示AD9833例程的频率和相位。写一个频率注册：写入频率寄存器时，寄存器地址的频率由位D15和D14给出。表4。频率寄存器位如果用户希望更改频率寄存器的所有内容，在连续两次写入同一地址后，扩展频率寄存器必须为28位。第一次写入将包含14个最低有效位，第二次写入将包含14个MSB。在此操作模式下，控制位的座B28 (D13)应设置为“1”。写一个例子，表5中列出了一个28位表5。00FC00至FREQ0复位SDATA输入结果输入字0010 0000 0000 0000控制字写(D15，D14=00)，B28(D13)=1，HLB(D12)=x0100 0000 0000 0000频率0写入(D15，D14=01)，14最低有效位=00000100 0000 0011 1111FREQ0写入(D15，D14=01)，14最高有效位=003F在某些应用中，用户不需要改变频率来注册所有28位。对于粗调，仅改变14个msb，而对于微调，仅改变14个LSB。通过将控制位B28 (D13)设置为“0”，28位频率寄存器操作两个最低有效位14位寄存器，一个包含14个MSBs，另一个携带14个MSBs。这意味着频率最高的14个字的最低有效位可以变为14个独立的位，反之亦然。位(D12)的HLB值被确定为在14个控制寄存器位中改变。这方面的例子见表6和表7。表6。用于写入3FFF复位的14位最低有效位FREQ1SDATA输入结果输入字0000 0000 0000 0000控制字写(D15，D14=00)，B28(D13)=0；HLB(D12)=0，即最低有效位1011 1111 1111 1111频率1写入(D15，D14=10)，14个最低有效位=3FFF表7。00FF的14 FREQ0最高有效位SDATA输入结果输入字0001 0000 0000 0000控制字写入(D15，D14=00)，B28(D13)=0，HLB(D12)=1，即最高有效位0100 0000 1111 1111频率0写入(D15，D14=01)，14 MSB=00FF写阶段注册时，写阶段注册。位D15和D14都设置为11。位D13寄存器决定加载哪一级表8。相位寄存器复位功能的复位功能将适当的内部寄存器复位至“0”，以提供模拟输出的中点。复位未复位的相位、频率或控制寄存器。当AD9833上电时，一些器件应该复位。要复位AD9833，请将复位位设为“1”。取出的器件复位并设置为“0”。输出8 MCLK定期复位后，将出现一个数模转换器信号并设置为“0”。表9。应用重置复位位结果0无复位应用1内部寄存器复位睡眠功能使用第节的AD9833，可以在不关机的情况下降低功耗。这是使用的睡眠功能。关断部分是芯片，可以是内部时钟和数模转换器。该位所需的睡眠功能如表10所示。表10。睡眠功能SLEEP1睡眠2结果00没有停电，就没有睡眠01数模转换器掉电10内部时钟禁用11这两个数模转换器的掉电和内部时钟故障数模转换器掉电这非常有用，因为它是唯一一款用于输出数据的MSB数模转换器。在这种情况下，不需要关闭数模转换器来降低功耗。内部时钟禁用当AD9833内部的时钟禁用时，数模转换器输出将保持其当前值，因为士官不再累加。当可以写入新的频率、相位和控制字时，SLEEP1控制位有效。同步时钟仍然有效，这意味着所选频率和相位寄存器也可以改变所用的控制位。将SLEEP1位设置为“0”以设置MCLK。对选民登记和SLEEP1活动所做的任何更改将在一定的延迟后输出。VOUT端口AD9833芯片的输出有多种来源，所有这些都可以通过VOUT引脚获得。选择的输出是最高位数模转换器、正弦输出或三角形的输出数据该位OPBITEN(D5)和模式(D1之三)位于控制寄存器中，用于确定可从AD9833获得的输出。这将在后面进一步解释，如表11所示。数模转换器的最高有效数据位数模转换器的数据可以从AD9833输出。其控制位OPBITEN(D5)设置为“1”的数据的MSB数模转换器可以在VOUT端设置。这是一个有用的源粗略时钟。这个方波以前也可以分成两个输出。受控Vout引脚处的位DIV2控制寄存器(D3)的输出频率来自正弦输出单个只读存储器用于转换来自信息频率和相位寄存器的相位信息的幅度，从而在输出端产生正弦信号。对于正弦输出VOUT终端从机，设置模式的(D1)位为“0”，OPBITEN(D5)位为“0”。三角形输出单个只读存储器可以被旁路，以截断NCO数字输出，并将其发送到数模转换器。在这种情况下，输出不再是正弦波。数模转换器将产生一个10位线性三角函数。(D1)=1，具有三角形VOUT端子输出和设置位模式请注意，当SLEEP12位必须为“0”(即数模转换器使能)时，使用此引脚。表11。VOUT的各种输出OPBITEN位模式位DIV2位VOUT引脚00X正弦波01X三角波100数模转换器数据的MSB/2101数模转换器数据的MSB11X保留的应用由于有多种输出选项，AD9833可以配置为在使用过程中满足多种应用。AD9833具有多种输出选项，可以从部分进行配置，以满足各种应用。一个合适的领域是调制应用。该设备可用于执行相关操作，例如简单的FSK模块化。更复杂的QPSK调制方案，如GMSK和，也可以使用AD9833实现。在一个应用程序的FSK信号中，两个频率的寄存器加载值是不同的。一个频率代表空间频率，而其他频率代表商标的频率。利用AD9833控制寄存器位偏移选择，用户可以在这两个值之间调整载波频率。AD9833具有两级选民登记册，可部分实现云芝多糖。相移键控，载波频率是相移，相位调制器被改变一个量，并且所涉及的比特流被输入。AD9833也适用于信号发生器的应用数据。由于数模转换器的最高位位于VOUT引脚，因此该器件可用于产生方波消耗。由于它的低电流，部分原因是本机振荡器适用于其中一种应用。接地和布局印刷电路板、电路板AD9833的外壳设计应该是这样一个模拟和数字分离的部分，仅限于某些领域。这有助于方便地使用独立的接地层。最小蚀刻技术是普通飞机的最佳理由，因为它提供了最好的屏蔽。数字和模拟接地层应只添加到一个位置。如果AD9833是唯一需要1 AGND到DGND连接的设备，那么地面上的飞机应该连接到AGND中的AD9833的DGND引脚。如果AD9833在一个系统中连接到DGND，并且多个设备需要AGND