AD9833详细原理解析附内部寄存器说明.docx

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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零碎设计之杨若古兰创作

来源：

国外电子元器件

1引言   频率合成器在通信、雷达和导航等设备中既是发射机的激励旌旗灯号源，又是接收机的当地振荡器；在电子对抗设备中可作为干扰旌旗灯号发生器；在测试设备中则作为尺度旌旗灯号源.是以频率合成器被称为很多电子零碎的“心脏”.而设计高精度，易于操纵的频率合成器则是核心，是以，这里提出了一种基于DDSAD9833的高精度波形发生器零碎解决方案.用户可直接编辑设置所需的波形频率和峰峰值等信息，利用串口将配相信息发送到电路板，实时控制波形.该零碎设计已成功利用于某型雷达测速仪测试设备. 

2AD9833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、方波.AD9833无需外接元件，输出频率和相位可通过软件编程设置，易于调节.其频率寄存器为28位，主频时钟为25MHz时，其精度为0．1Hz；主频时钟为lMHz时．精度可达0．004Hzt2.   AD9833内部有5个可编程寄存器：

1个16位控制寄存器，用于设置器件_T作模式；2个28位频率寄存器和2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根串行接口线，可与SPI，QSPI，MICRO-WIRE和DSP接口尺度相兼容.在串口时钟SCLK的感化下，数据是以16位方式加载至设备.   AD9833的内部电路次要无数控振荡器（NCO）、频率和相位调节器、SineROM、D／A转换器、电压调整器.AD9833的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器构成，而相位寄存器是按每个时钟添加步长，相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询表地址中.正弦查询表包含1个周期正弦波的数字幅值信息，每个地址对应正弦波中O.～360°内的1个相位点.查询表把输入的地址相位信息映照成正弦波幅值的数字量旌旗灯号，驱动D／A转换器输出模拟量.   输出正弦波频率为：

式中：

FREQREG为频率控制字，由频率寄存器FREQOREG或FREQlREG的值给定，其范围为0≤M<228一1.fMCLK为参考时钟频率.   输出正弦波的相位为2π／4096xPHASEREG，其中PHASEREG是所选相位寄存器的值.输出正弦波的峰峰值固定．约600mV，且正弦波不是尺度正弦波，即波谷是0V，而不是负电压.是以，输出正弦波为：

式中：

K约600mV，与器件内部参考电压有关.

3零碎设计   图1为基于PC控制的高精度波形发生器零碎框图.因为晶体振荡器将直接影响频率波动度和频率动摇，是以，采取电压型控制晶体振荡器，其频率波动度高达+20ppm，温度抵偿晶体振荡器可达±1~+20ppm，恒温箱晶体振荡器和数字抵偿晶体振荡器小于±lppm.考虑功能和成本身分，采取温度抵偿型控制晶体振荡器.

   模拟多选器采取ADI公司的ADG704．该多选器具有4个输入端，1个输出端.利用2个电平旌旗灯号组合进行选择，方便与处理器I／O端口连接.3个输人旌旗灯号分别是DDSl、DDS2的输出旌旗灯号，和这两者输出旌旗灯号相叠加后的输出旌旗灯号.模拟多选器输出这3个输入旌旗灯号的其中之一.通过MCU可控制模拟多选器选择3个旌旗灯号的输出.

为了控制输出正弦波峰峰值，引入数字电位器，实现对输出旌旗灯号的分压，通过调节数字电位器抽头地位．改变抽头电压值.采取ADI公司的AD5160型数字电位器，该电位器具有256抽头，SPI接口，便于与处理器相连接，其连接图如图2所示.

MCU采取基于ARM7内核的LPC2132控制器，其具有2个UART接口，1个SPI接口和1个SSP接口.其中1个UART接口用于连接RS232电平转换器，SPI接口用于连接2个数字电位器，而电位器的SLCK，MOSI，MISO引脚相连．其片选旌旗灯号连接控制器的I／O端口；控制器的SSP接口连接2个DDS，其连接方法与数字电位器类似.   该零碎设计具有RS232接口．用户可编程设置DDS的输出频率、初始相位、峰峰值，和选择2路旌旗灯号独立输m或叠加的输出等.这些配相信息通过RS232接口上传至MCU.MCU根据输出频率、初始相位设置DDS；并根据峰峰值设置数字电位器；根据两路旌旗灯号的独立输出或叠加的输出设置模拟多选器.   该零碎设计实现：

2路独立的正弦波输出，和两者叠加输出，可分别独立断开；输出正弦波频率，初始相位、峰峰值、旌旗灯号通断均由用户编程设置控制.输出正弦波最大频率高于100kHz，调节细度为0．004Hz，输出的正弦波峰峰值为0～500mV，调节细度为2mV；输出旌旗灯号频率的波动度小于10ppm，频率误差小于O．0lHz，频率动摇小于1×10-3/h.因为DDSAD9833输出波形的峰峰值固定，该零碎成功解决峰峰值设置成绩.利用上位机软件可灵活设置所需波形的峰峰值、频率等.与通用旌旗灯号源比拟，该零碎设计减少了按键面模板和液晶显示的成本．将面模板的模拟控制改为PC的数字控制．提高零碎抗干扰能力.图3为上位机软件界面，上位机软件采取VB编程，利用微软：

MSCOMM控件实现.

4结束语   以AD9833为频率旌旗灯号源的核心实现高波动度、高精度、高分辨率的旌旗灯号发生器零碎.该零碎设计与普通旌旗灯号源比拟，体积缩小，设计和使用灵活方便，已成功利用于某型雷达测速仪测试设备.是以，基于AD9833的各类旌旗灯号源肯定有着广阔的利用前景

~寄存器的频率和相位

在AD9833包含两个频率寄存器和2个相位寄存器.如表三所示

表3：

频率/相位寄存器

标识表记标帜

大小

描述

频率0

FREQ0

28Bits

频率寄存器0.当FSELECT位=0时，该寄存器定义了MCLK的频率，输出频率为一小部分

频率1

28Bits

频率寄存器1.当FSELECT位=1，这个寄存器定义MCLK的频率，输出频率为一小部分.

相位0

PHASE0

12Bits

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的阶段.

相位1

12Bits

相位偏移寄存器1.当PSELECT位=1，该寄存器的内容被添加到累加器输出的阶段.

在AD9833的模拟输出是fMCLK/228xFREQREG其中FREQREG是频率选择寄存器的值装入.该旌旗灯号将慢慢转移登记由2π/4096xPHASEREG在PHASEREG选择阶段是值载英寸的流程图在图8显示了AD9833的例程以书面方式向登记册的频率和相位

写入一个频率登记：

当写入频率寄存器，位的D15和D14上给予注册地址的频率.

表四.频率寄存器位

如果用户但愿改变频率登记的全部内容的，连续两次写入到同一个地址后，必须进行广泛的频率寄存器为28位.第一次写将包含14个最低无效位，而第二写将包含14个MSB.此操纵模式中，控制位B28座（D13号）应设置为“1”.写一个例子，一个28位是列于表五

表5.00FC00到FREQ0复位

SDATAInput

结果输入字

0010000000000000

控制字写入（D15，D14=00），B28（D13）=1，HLB（D12的）=x

0100000000000000

FREQ0写（D15，D14=01），14个最低无效位=0000

0100000000111111

FREQ0写（D15，D14=01），14个最高无效位=003F

在一些利用中，用户不须要改变频率登记所有28位的.粗调，只要14个MSB是改变，而与微调，只要14个LSB的改变.通过设置控制位B28座（D13号）为“0”，28位频率寄存器操纵两个最低无效位，14位寄存器，一个包含14个MSB和其他载有14.这意味着，频率最高位的14个字的最低无效位可以改变的14个独立的，反之亦然.位HLB值（D12的）在确定了其中14个控制寄存器位被改变.这方面的例子是表六表七所示.

表六.写3FFF的14位最低无效位FREQ1复位

SDATAInput

结果输入字

0000000000000000

控制字写入（D15，D14=00），B28（D13）=0;HLB（D12的）=0，即最低无效位

1011111111111111

FREQ1写（D15，D14=10），14个最低无效位=3FFF

表七.写00FF的14个FREQ0的最高无效位

SDATAInput

结果输入字

0001000000000000

控制字写（D15，D14=00），B28（D13号）=0，HLB（D12）=1，即最高无效位

0100000011111111

FREQ0写（D15，D14=01），14个MSB=00FF

写入一期注册时写入一个阶段登记，钻头的D15和D14上都设置为11.D13号位寄存器确定哪一阶段被加载

表八.相位寄存器

复位功能的复位功能适当的内部寄存器复位为“0”，以提供一个模拟输出的中点.复位不重置的相位，频率，或控制寄存器.当AD9833通电后，部分应当被重置.要重置AD9833，设置复位位为“1.”采纳的部分进行复位，设置位为“0”.DAC的一个旌旗灯号会出此刻输出8MCLK的周期复位后设置为“0.“

表九.利用复位

RESETBit

结果

0

没有复位利用

1

内部寄存器复位

睡眠功能使用节的AD9833，在不关机可以减少电力耗费.这是使用的睡眠功能.断电的部分是该芯片，可所以内部时钟和DAC.位所需的睡眠功能是表十所述

表⑩.休眠功能

SLEEP1

SLEEP2

结果

0

0

不掉电，不休眠

0

1

DAC掉电

1

0

内部时钟禁用

1

1

这两个DAC的断电和内部时钟失效

~DAC掉电

这是很有效的AD9833是用于输出数据的MSBDAC的独一.在这类情况下，DAC是不须要如许就可以关机，以减少电力耗费

~内部时钟禁用

当在AD9833内部时钟被禁止，DAC的输出将坚持在目前的价值，因为士官是不再积累.新的频率，相位和控制字可以写的部分时，SLEEP1控制位是活跃.在同步时钟仍然活跃，这意味着选择的频率和相位寄存器还可以改变使用的控制位.设置SLEEP1位为“0”使MCLK的.所做的任何更改选民登记册，而SLEEP1活跃将在必定的时间延迟后输出.

~VOUT端口

产出的AD9833芯片提供了一个从多种，所有这些都是在VOUT引脚可从.选择的产出是：

最高位DAC的输出数据，正弦输出，或一个三角形

该位OPBITEN（D5）和模式（D1的之三）在控制寄存器，用来决定哪输出可从AD9833.这是后面进一步解释，并在表十一.

~DAC的最高无效数据位

DAC的数据的MSB可以从AD9833输出.通过设置OPBITEN（D5）的控制位为“1”的数据的MSBDAC的可在VOUT端子.这是一个有效的源粗时钟.这方波也能够被分为两个输出之前.位DIV2控制寄存器（D3）在控制的Vout引脚的输出频率从

~正弦输出

该单ROM是用来转换成振幅的相位信息，从信息的频率和相位寄存器，结果在一个正弦旌旗灯号在输出端.具有一个正弦输出VOUT端子从，设置模式的（D1）位为“0”和OPBITEN（D5）的位为“0”.

~三角输出

该单ROM可以绕过以便截断士官数字输出被发送到DAC.在这类情况下，输出不再是正弦波.该DAC将发生一个10位的线性三角功能.有一个三角形VOUT端子输出的，设置位模式的（D1）=1

请留意，SLEEP12位必须是“0”（即DAC是启用）时，使用此针.

OPBITENBit

MODEBit

DIV2Bit

VOUTPin

0

0

X

正弦波

0

1

X

三角波

1

0

0

DAC数据的MSB/2

1

0

1

DAC数据的MSB

1

1

X

保存的

~利用

因为多种输出选项，在使用的一部分，可配置的AD9833以满足广泛的利用.

因为各种输出选项，可从部分中，AD9833可以配置以满足各种利用.合适的其中一个地区，AD9833是在调制利用.该器件可用于履行lation，如简单的FSK模块化的.更复杂的QPSK调制方案，如GMSK和，也能够实现使用AD9833.FSK旌旗灯号在一个利用程序，这两个频率的AD9833寄存器装载的价值是分歧的.一个频率将代表空间频率，而其他将代表该商标的频率.使用了AD9833的控制寄存器位FSELECT的，用户可以调节这两个值之间的载波频率.AD9833有两个阶段的选民登记册，这使部分履行云芝多糖.相移键控，载波频率是相移，相位调制器被改为由一个数额，涉及的位流被输入.AD9833还适合用于旌旗灯号发生器的利用数据.因为DAC的最高位的是在VOUT引脚在，该器件可用于发生方波花费.凭借其低电流，一部分是当地振荡器适合appli-阳离子其中一个可以作为.

~接地和规划

印刷电路板，电路板AD9833房屋的设计应当是如许的模拟和数字部分分离，仅限于某些地区.这有益于方便地使用分离的地平面可以.最低限制的蚀刻技术是普通飞机的最好理由，因为它提供了最好的屏蔽.数字和模拟地面飞机只应加入一个地方.如果AD9833是独一的设备请求1AGND的到DGND连接，然后在地面的飞机应当是在AGND的AD9833相连的和DGND引脚.如果AD9833在DGND连接的是一个轨制，多种设备须要AGND的到，连接应只在一点，一星一点地应AD9833建立了尽可能接近到.防止设备运转下的数字线路这些夫妇到死的乐音.模拟地平面应答应AD9833下运转，以防止噪声耦合.该电源线的AD9833应使用尽可能大的轨道，以提供低阻抗路径，降低供电线路故障的影响上.快速开关旌旗灯号的时钟，例如，应与数字地屏蔽，以防止放射，荷兰国际集团董事会乐音的其他部分.防止交叉数字和模拟旌旗灯号.董事会痕迹的对立应当运转在彼此成直角.这将减少馈通董事会通过的影响.阿微带技术是迄今为止最好的，但其实不老是能够与面板双.在这类技术中，董事会构成的一面是德迪-cated到地平面，而旌旗灯号端放在其他.良好的去耦是次要的.在AD9833应当有10μF的钽电容供应平行绕过0.1μF的陶瓷电容器.为了达到最好的去耦电容的，他们该当列为安装尽可能地接近，直到对理想设备.适当的比较操纵的须要良好的规划计谋.这类计谋必须最大限制地减少通过适当的PCB规划OUT引脚的寄生电容之间VIN和符号位，加入隔离使用地平面.例如，在一个四层板，CIN的旌旗灯号可以CON组，连接至顶层和符号位输出连接到底层，使隔离之间所提供的电源和地平面