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DDS的原理、技术文章及常用器件

DDS的原理、技术文章及常用器件
基本概念

DDS (直接数字频率合成器)是利用数字方式产生模拟信号,如正弦波(调制或未被调制)或任意波形。 一种直接的方法是对波形采样量化,然后将存储数据送入D/A转换器。改变时钟速率时频率将发生变化,速率变化或增益系数的改变可以实现信号调制。

英文 - Director Digital Synthesis
中文 - 直接数字合成
是一种用于通过单个固定频率的参考时钟信号生成任意波形的频率合成器
很多现成的多通道、单芯片DDS,可以工作在3GHz的频率,输出DC-1000MHz的合成信号
频率和相位都可编程,不需要改变外围器件,全软件控制
应用领域
信号分析:信号发生器、函数发生器
通信系统:通信系统的本地振荡器、混频器、调制器
语音合成
数字锁相环 DPLL
生物医疗
优缺点

优点: - 更高的频率捷变性能 - 比参考源晶振相位噪声小的相位噪声 - 它是一个前馈系统,所以有很好的近载波相位噪声性能,DDS将参考时钟的相位噪声降低了Fclk/Fo - 参考时钟的抖动直接影响了输出信号的抖动,此抖动相对于输出信号的周期比例很小 - DDS的最高输出频率为Fclk/2,输出信号的相位噪声永远会比参考时钟信号的相位噪声低至少6dB - 在远离载波的频率区间,DDS的相位噪声本地为DAC量化噪声本底和参考时钟相位噪声本底的幂和 - 输出频率切换时可以保证精确的相位控制 - 可以工作在较宽的频率范围 - 精细的频率调整分辨率 缺点: - NCO位数截断导致的杂波 - 相位截断导致杂散干扰 - 高阶奈奎斯特镜像导致的交互杂散 - DAC带来的在大的频率频率偏移情况下比较高的噪声底线

重要组成
数字部分(分离的器件此部分一般用FPGA实现)
频率控制寄存器
数字控制振荡器NCO
DAC
低通滤波器,又称波形重建滤波器
模拟信号调理 -幅度/直流偏移/频带
参考时钟(一般为晶振经过PLL以后得到比较高频率的时钟)
口袋仪器中常用到的DAC器件
双通道,14 Bit,低功耗数模转换器
功耗(3.3 V、2 mA输出)
37 mW(10 MSPS)
80 mW (125 MSPS)
睡眠模式:<3 mW(3.3 V时)
电源电压:1.8 V至3.3 V
SFDR(至奈奎斯特频率)
84 dBc(1 MHz输出)
75 dBc(10 MHz输出)
AD9717:NSD(10 MHz输出,125 MSPS,2 mA):−152 dBc/Hz
差分电流输出:1 mA至4 mA
2个片内辅助DAC
CMOS输入以单端口方式工作
输出共模:0 V至1.2 V可调
小尺寸40引脚LFCSP封装,符合RoHS标准
M2000中用到的器件
10/12位、低功耗、宽带MxFE
双通道10位/12位、100 MSPS ADC
SNR = 67 dB, fIN = 30.1 MHz
双通道10位/12位、170 MSPS DAC
ACLR = 74 dBc
5 个辅助模拟输入/输出通道
低功耗:<425 mW(最高采样速率时)
支持全双工和半双工数据接口
72引脚、无铅小型LFCSP封装
其它可用器件
模拟前端宽带混合信号收发器
AFE7225
双 12-位 250MSPS TX DACs
双 12-位 125MSPS RX ADCs
AFE7222
双 12-位 130MSPS TX DACs
双 12-位 65MSPS RX ADCs
双 12-位备用 DACs
双输入 12-位备用 ADCs
2 个或者 4 个TX 内插路径
2 个 RX 抽取路径
3.0V/1.8V 低功率电源
半双工下的快速唤醒模式
粗调或者微调数字混音器
正交调制校正
时钟输入除/乘
串行 LVDS 或者交叉并行 CMOS 接口
64-引脚 QFN 封装 (9 mm × 9 mm)
ADI其它常用DDS器件
AD983X
AD983X 系列 DDS 是低功耗型,最高频率在 50MHz,用的是高速 10 位 DAC 输出。 适合于对功耗要求严格的便携设备应用。其共同特点是封装小,如 AD9833 仅有 10 个管 脚。AD9834 内部集成比较器,可直接输出方波。AD9837 和 AD9833 结构类似, AD9838 和 AD9834 结构类似,但是 AD9837 和 AD9838 用于频率较低信号发生。
AD985x
AD985X 系列 DDS 不仅是高性能的系列,也是 ADI 推出较早,认知度较高的系列。 这个系列的最高输入时钟达到 1GHz. 而且系列内所有成员的输出无杂散动态范围都较高。 这个系列的控制接口除 AD9857 以外均有串行和并行两种。这个系列除少数几个产品以外, 都可以实现方波输出。这个系列的另外一个特点是:除 AD9850 和 AD9851 外,都具有 多种调相或调频的功能。AD9854 为正交输出。而 AD9856 和 AD9857 均是在 DDS 内 核基础上的数字正交上变频器,被广泛地应用于无线通信中。其中 AD9853 工作在 QPSK 或者是 16-QAM 调制方式下最高数据率为 14Mbit/S;AD9856 的最高输入速度为 50Msamples/S,也就是 25M 对的 I/Q 数据;AD9857 的最高输入速度为 100Msamples/S,也就是 50M 对的 I/Q 数据。而 AD9856 和 AD9857 内置的 SIN(x)/x 补偿功能也为宽带调制应用带来很多方便
AD995x
ADI 公司的低功耗产品,AD995X 系列 DDS 是 ADI 公司的低功耗产品,它的功耗是 AD985X 系列的 1/10,但保持了高性能。AD995X 系列的顶级产品是 AD9954. 这个系列的产品均是以 1.8V 单电源供电。
AD991X
AD991X 系列 DDS 是 ADI 公司最新推出的 DDS 产品。与 AD995X 系列相比较,在 保持低功耗的同时,AD991X 系列的功能更加强大。比如 AD9910,拥有多种控制模式, 使用非常灵活,有 DRG 和 RAM 功能,方便扫频应用;而 AD9911 使用了 SpurKiller 技术, 大大改善了杂散性能,并且 AD9911 还可产生多音信号。AD9914 和 AD9915 极大地提高 了系统时钟,扩展了可输出的频率范围。
AD5933/4
AD5933 和 AD5934 是内部集成了 DDS 的复阻抗测量芯片。AD5933 是一款高精度的 阻抗转换器系统解决方案。由 DDS 产生高达 100kHz 的激励信号,进行缓冲、放大后输出 到被测阻抗,经过二端口网络后的信号反馈输入到 AD5933,再使用 1 MSPS 的模数转换 器(ADC)对这一信号进行采样。然后由片上 DSP 进行离散傅里叶变换(DFT)处理。DFT 算 法在每个频率上返回一个实部(R)和一个虚部(I),保存在寄存器中,可通过 I2C 访问。这一 虚部和实部和校准时的实部和虚部比较就会得到复阻抗的值,在后面的内容中包含了测量 原理。AD5934 与 AD5933 结构类似。可应用于电化学分析、生物电阻抗分析、阻抗频谱 分析、复阻抗测量。
子曰
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2019-12-27