基于DDS芯片AD9834的任意频率、相位及调制信号发生器模块
针对电赛设计的DDS模块,基于AD9834,通过SP进行配置,板上有75MHz晶振,能够生成最高30MHz的正弦波
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硬禾发布
更新2025-06-03
1591

作为模块化仪器中生成信号的一个重要部分,也是全国大学生电子设计竞赛中最常用到的功能模块,这是一块使用现成DDS芯片设计的信号产生模块,它可以通过SPI进行配置,板上有75MHz晶振,能够生成最高30MHz的正弦波、三角波。

模块化仪器的构成

它采用一款 Analog Devices Inc的、主频为75MHz的低功耗DDS芯片AD9834,能够输出高性能的正弦波/三角波,芯片具备相位和频率调制的功能,并且芯片内部有比较器能够生成方波信号用于时钟信号的产生。使用75MHz时钟频率,能够实现0.28Hz的分辨率;如果采用1MHz的时钟频率,AD9834可以调节至0.004Hz 的分辨率。


工作原理:

直接数字频率合成(DDS)技术是一种基于数字控制的频率合成方法。它通过数字方式控制振荡信号的频率和相位,利用数字累加器和相位累加器生成离散相位信号,再通过数模转换器(DAC)将其转换为模拟信号,最终输出可精确控制频率和相位的波形。DDS技术具有频率分辨率高、切换速度快、可编程性强等优点,广泛应用于通信、雷达、仪器仪表等领域。

下图是一个典型的DDS的构成框图,来自Analog Device Inc公司的官网。

DDS生成常用的几种波形(正弦波、三角波)信号的构成框图

在全国大学生电子设计竞赛中,几乎所有的测试测量类的题目、多数的通信类的题目中都会用到DDS来产生各种方式的信号,比如调制信号、扫频信号等。因此DDS技术是全国大学生电子设计竞赛的备赛过程中一个重要的技能点,而DDS模块则是电赛中最常见的功能模块。


设计一款DDS模块有两种方法,一种是采用现成的DDS芯片,比如Analog Devices Inc公司的AD9850、AD9851、AD9833、AD9834、AD9837等,这些都是在电赛中常用到的型号。另一种方式就是采用FPGA+高速DAC的方式来实现,前者比较简单,只需要通过DDS芯片的数据接口送“控制字”即可得到不同的波形、自己需要的频率或相位。后者则需要FPGA的编程来实现,但灵活度更大,能够实现更个性化的功能。


这个模块采用的是Analog Devices Inc公司的一颗主频率可以到75Msps的DDS芯片,它内部包含一个 16 位控制寄存器,可以通过 SPI串行接口访问,用于设置AD9834的工作模式。AD9834的内部电路包括一个数控振荡器(NCO)、频率和相位调制器、正弦波 ROM(SIN ROM)、数模转换器(DAC)、比较器和稳压器。

AD9834内部结构

AD9834的输出信号首先通过一个RC滤波网络,然后通过一款ADI公司的超低功耗、低失真ADC驱动器 - 全差分放大器ADA4940-1 进行放大,从而得到模拟直流电压。AD9834的输出信号分为两条路径:当发生器的输出波形为正弦波或三角波时,信号经过ADA4940-1放大后通过标记为“Wav”的输出端口输出;而当发生器的输出波形为方波时,信号则直接通过标记为“Sync”的输出端口输出,用作“同步”信号。

AD9834 DDS模块的构成

除了需要正电源电压外,ADA4940-1放大器还需要一个负电源电压。模块上使用圣邦微公司的200mA电荷泵电压反相器SGM3204,从输入的+3.3V电压生成-3.3V的直流电压,以+/-3.3V的方式给ADA4940-1供电,从而在输出端得到能够正、负摆动的电压信号。此外,这个模块使用了一个75MHz的晶体振荡器,这也是AD9834能够接受的最高频率。


AD9834通过3线SPI串行接口与微控制器(MCU)通信,该接口兼容标准SPI、QSPI™、MICROWIRE™,并且能够在高达40MHz的时钟速率下运行。


这个模块设计为使用3.3V逻辑电平工作。


技术指标:

类型

信号发生器

应用

用于生成常用的波形,调节频率和相位、信号调制等应用

关键性能

低噪声、高性能正弦波/三角波/方波输出;能够进行相位和频率调制

接口方式

SPI

板卡尺寸

60mm x 40mm

输入电压

3.3V

管脚命名:

说明

管脚名

管脚编号(左)

管脚编号(右)

管脚名

说明

供电电压

3.3V

1

1

-


复位信号

RST

2

2

-


SPI片选

CSn

3

3

-


SPI时钟

SCK

4

4

WAV

正弦波/三角波输出信号

休眠控制

SLEEP

5

5

SYN

方波输出信号

SPI数据

MOSI

6

6

-



-

7

7

-


接地

GND

8

8

GND

接地

板上设置和信号指示:

位号

信号名

默认值

说明

D1

PWR

-

电源LED指示

J2

WAV

-

正弦波/三角波输出信号

J4

SYNC

-

方波输出信号

电气指标:

描述

最小值

典型值

最大值

单位

供电电压

2.7

3.3

3.6

V

最大输出电流

-

3

4

mA

最大输出频率(75MHz时钟)

-

25

-

MHz

分辨率

-

10

-

bits

更新率

-

-

75

Msps

温度范围

-40

-

+105

°C

在这个DDS模块后面需要使用滤波器以及模拟信号调理电路,来得到最终需要的输出信号,这个功能可以通过另外一个模块实现。

DDS产生的信号的频谱分量

DDS模块搭配模拟信号调理模块构成一个完整的任意信号/波形发生器系统


软硬件
元器件
ADA4940-1ARZ
超低功耗、低失真ADC驱动器
AD9834BRUZ-REEL7
20 mW功耗、2.3 V至5.5 V、75 MHz完整DDS
SGM3204YN6G/TR
非稳压 200mA 电荷泵电压逆变器
电路图
团队介绍
苏州思得普信息科技有限公司
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:郭富城的
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