一种新型的正弦信号发生器的设计与实现

　　1．5 输出信号调理部分

　　D／A转换电路如图7所示，选用的是12位高速D／A器件AD9713，该器件具有更好的静态性能和动态特性。AD9713B更新速率可达100MS／ s。由于该D／A转换器是针对DDS、波形重构和高质量图像信号处理等应用而设计的，这款芯片在动态特性方面表现特别突出，并且具有优良的谐波抑制能力。AD9713输出满量程电流输出是由VCONTROLAMP IN和RSET决定的，图7中AD9713采用内部参考电压，输出满量程电流为-20 mA。

图7 D／A转换电路

　　幅度调节电路是由放大器组成。高频信号放大要求放大器有足够的输出电压转换速率，在正弦波的情况下，放大器所需要的最大摆率SR=2πω=2πAf，其中ω为信号的角频率，A为信号幅度，f为频率。此外，幅度调节电路要求带低阻负载，放大器的电流输出能力也是个重要参数，要在50 Ω负载上输出6 V信号，则放大器至少要有120 mA的连续电流输出能力。考虑以上原因，本文选择AD公司的高速运放AD811作为输出放大器，它是一个宽带高速电流反馈型运算放大器，其各项参数非常适合上述指标：小信号带宽(G=+2时)达120 MHz，电压摆率SR为2 500 V／μs，全谐波失真THD为-74 dB(10 MHz)，输出电流达100 mA，其短路输出电流可达150mA。

　　幅度调节电路如图8所示，图中R3和R4起分流作用，限制用于I／V转换的电流，1个电流反馈的高速放大电路。它把AD9713输出的电流转换成电压，通过反馈电阻Rf的电流决定AD811输出的幅度为6 V。为了增大后级的带负载能力设计了后级电压跟随，模拟输出的最后部分是滤波电路，滤波器的选择主要取决于系统所要输出的波形，在50 Ω的负载电阻上的电压峰峰值为6±1 V。

图8 　幅度调节电路

　　1．6 频率值的接收与显示

　　键盘、显示部分用来实现用户与单片机的交互。系统采用中断查询的方式接收通过键盘输入的频率值。该频率值一方面送到数码显示接口进行显示，另一方面转化成频率控制字送往相位累加模块。

　　2 系统软件设计

　　单片机程序采用C语言，在Keil uV2环境下编译，用WAVE6000L仿真器调试CPLD在MAXPLUSⅡ下开发，采用VHDL语言编程。

　　关于CPLD部分，相位测量仪和数字移相信号发生器采用ALTERA公司的EP1K30TC144-3FPGA芯片，原理图已经在前面的分析中。关于单片机部分，程序流程图如图9所示。

图9 程序流程图

　　3 功能及指标测试

　　利用测试仪器：EE1641B1型函数信号发生器／计数器，直流稳压电源GPS-3303C、60 MHz示波器TDS1002，高频测试仪等对设计的信号发生器进行性能测试。正弦波的频率范围、步进、在50 Ω负载上的输出电压幅度，失真度测量如表1所示，频率稳定度测量如表2所示，步进为10％的幅度调制测试如表3所示，调制信号为1 kHz的频率调制测试如图10所示，二进制PSK、ASK如图11和图12所示。

表1 正弦波实验观察结果

表2 正弦波频率稳定度测试结果