基于DDS的调频信号发生器的设计与仿真

　　信号发生模块

　　信号发生模块主要由DDS芯片组成，这里选用美国ADI公司的双通道直接数字频率合成器AD9958，最高采样频率可达 500 MSPS。它有两个DDS核，能够提供两个内部同步、独立编程同步输出通道，在系统时钟工作在500 MHz时，输出频率可控制范围可以达到0 ~ 200 MHz[4]，可以满足系统设计的要求。

AD9958有4种工作模式，分别为单频模式、调制模式、线性扫描模式和幅度输出控制模式。其中单频模式是芯片服务后默认的工作模式，在此模式下输出是某一单调频率、幅度和初始相位的正弦波[5]。本系统中AD9958采用的就是单频模式，在这种工作模式下，两个DDS通道共享一个公共地址，频率控制字地址是寄存器(0x04)，通过改变频率控制字，可以很方便的改变输出频率，结合通道选择控制字，两个通道可以独立输出互不相关的两路正弦波，控制功能由MCU完成。

　　由于DDS的输出最大频率受奈奎斯特抽样定理的限制，所以有，此时，考虑到器件因素，在实际使用中一般取。本系统中，外部参考时钟采用50M高稳晶振，DDS芯片时钟倍频器设置倍率为10，使系统时钟达到500 MHz。从而使每个通道可保证信号质量的最高输出频率达到200 MHz。

　　控制模块

　　控制模块的功能主要由MCU芯片组成，MCU内部集成丰富的外围设备，具有卓越的处理能力，应用MCU完成外围电路，可以使得整个系统结构简单，使用方便。在本系统中，MCU作为核心控制模块完成调制信号频率控制字的获取和载波频率控制字的接收以及对DDS的控制。

　　调制信号频率控制字：本系统通过MCU芯片集成的ADC完成调制信号频率控制字的获取。根据实际需要，本系统的调制信号为语音信号，频率集中在50 ~ 3400 Hz。根据奈奎斯特采样定理，ADC采样频率应不小于6.4 kHz,，考虑到高速密集采样可以减少频偏偏差，因此设定ADC采样频率为100 kHz。语音调制信号经过A/D转换，得到12位数字信号，与调制常数相乘作为调制信号频率控制字。

　　载波频率控制字：MCU通过片上集成的UART接口与外部控制模块进行通信，外部控制模块采用异步通信方式将载波频率控制字等指令发送给MCU。MCU收到的指令信号进行处理，并提取出用户要求的载波频率控制字。

调频波频率控制字：MCU将调制信号频率控制字与载波频率控制字相加作为调频波的频率控制字并按照DDS的频率控制字格式进行处理后送入DDS。

　　低通滤波器

　　DDS采用数字化技术，最终合成信号是经D/A转换后得到的，其频谱含有丰富的高次频谱分量，为了得到频谱纯净的信号输出，必须要用低通滤波器将他们滤除，要求滤波器的衰减特性要陡直，延迟时间要短。

　　软件设计

　　整个系统采用模块化程序设计，采用C语言编写，便于移植，可读性强，主要是根据AD9958的频率控制字格式，通过MCU将这些控制字写入AD9958内部的寄存器中，从而产生相应的频率。软件主要实现两个方面的功能：系统初始化和频率控制字写入。

　　系统初始化：包括MCU自身的初始化配置，以及按照AD9958芯片的寄存器配置方式，向AD9958写入系统时钟、工作模式以及通道选择等配置指令。

　　频率控制字写入：为完成一次频率控制字更替，MCU需要按照AD9958的频率字写入格式发送一次通道指令，共40位，高8位为寄存器地址(0x04)，低32位为频率控制字。在一个ADC采样周期内，必须将通道指令发送完毕，才能使输出频率按照ADC采样频率不断更新，从而实现数字调频。AD9958的指令写入方式可分为串行装入和并行装入，本系统采用串行方式装入，由MCU直接送给AD9958频率控制字。在每个系统时钟(SCLK)的上升沿由数据输入口SDIO_0移入一位控制字，连续40个SCLK周期即可将40位控制字装入缓冲寄存器中。在更新信号(IO_UP)信号上升沿到来以后，控制字传输到控制寄存器中，AD9958的两个通道同时更新输出频率。