一種正弦信號設(shè)計與實現(xiàn)

鄧發(fā)玉 王小蘭 彭麗君 陳林 守勇

摘要：本文主要采用FPGA、DDS直接數(shù)字頻率合成技術(shù)，通過對正弦信號進行設(shè)計、實現(xiàn)、測試，正弦信號的實測數(shù)據(jù)滿足設(shè)計指標要求，能夠產(chǎn)生頻率分辨力高、穩(wěn)定性好、轉(zhuǎn)換速度快的正弦信號。

關(guān)鍵詞：正弦信號;設(shè)計與實現(xiàn);測試

中圖分類號：TM935? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1007-9416（2018）10-0000-00

1 引言

正弦信號是頻率成分最為單一的一種信號，任何復(fù)雜信號都可以通過傅里葉變換分解為許多頻率不同、幅度不等的正弦信號的迭加[1]。最常見的工業(yè)及照明用電就是正弦信號。

隨著數(shù)字處理技術(shù)的不斷發(fā)展，對正弦信號的產(chǎn)生方式也更加多樣化。正弦信號在實際中作為典型信號或測試信號而獲得廣泛應(yīng)用。本文以FPGA、DDS等數(shù)字電路為核心實現(xiàn)一種去耦正弦信號的研制，用于專用測試設(shè)備中對其他電子設(shè)備的校準檢測。

2方案設(shè)計

本方案正弦信號主要功能是通過1553B總線發(fā)送的命令控制正弦波產(chǎn)生單元輸出四路正弦波，同一時刻只有一路正弦信號輸出。每路正弦波輸出端口均能控制輸出2Hz Vpp=4V±0.5V或2Hz Vpp=7V±0.5V或4Hz Vpp=11V±0.5V的正弦信號。

正弦信號主要由控制單元、DDS、放大濾波電路和切換輸出電路等組成。工作原理是：正弦信號控制單元根據(jù)發(fā)送來的控制命令結(jié)合DDS控制協(xié)議進而實現(xiàn)頻率、幅度和通道的切換。正弦信號電路原理框圖如圖1所示。

3實現(xiàn)過程

3.1正弦信號控制單元設(shè)計

正弦信號控制單元的功能主要是接收外部單元發(fā)送的數(shù)字信號，控制電路輸出相應(yīng)特征的正弦信號。其軟件功能如圖2所示。

總線接收器將外部控制信號數(shù)據(jù)指令及參數(shù)并行輸出至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元將數(shù)據(jù)字解釋成RAM1和RAM2的地址總線（AB），在下一個時鐘周期（頻率為輸入晶振頻率的1/4）的上升沿，RAM1和RAM2的數(shù)據(jù)總線將更新為地址總線所對應(yīng)地址空間中的值[2]。RAM1和RAM2的數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)之和發(fā)生改變將使能總線驅(qū)動器輸出控制信號，控制正弦信號電路輸出相應(yīng)頻率和功率的正弦信號。

3.2 DDS電路實現(xiàn)

DDS是直接數(shù)字頻率合成器，是一項關(guān)鍵的數(shù)字化技術(shù)，具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時間等優(yōu)點。是實現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)系統(tǒng)時鐘、輸出頻率、相噪和雜散等方面的綜合考慮，正弦信號產(chǎn)生單元中DDS選用AD9958。其工作溫度-40℃～+85℃，主要參數(shù)見表1。

3.3硬件實現(xiàn)

依據(jù)正弦信號方案設(shè)計，正弦信號印制板設(shè)計為8層板，板材為FR4。PCB如圖3所示。

4 信號測試

正弦信號頻率誤差、電壓精度測試用儀器為Lecroy公司的數(shù)字示波器，型號為wavepro 7200A。

從數(shù)據(jù)記錄表表2中可知，信號輸出范圍滿足設(shè)計指標要求。

5結(jié)語

本文主要介紹正弦信號的設(shè)計及實現(xiàn)，通過對正弦信號進行測試，結(jié)果表明，設(shè)計的正弦信號的實測數(shù)據(jù)滿足設(shè)計指標要求。該電路的實現(xiàn)方式可廣泛應(yīng)用于類似產(chǎn)品的設(shè)計，具有很好的應(yīng)用價值。

參考文獻

[1]王華，張健.DSP原理及其C編程開發(fā)技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2005.

[2] Vadim Manassewitsch著，何松柏譯.頻率合成原理與設(shè)計[M].電子工業(yè)出版社，2008.

Design and Implementation of a Sinusoidal Signal

DENG Fa-yu， WANG Xiao-lan， PENG Li-jun， CHEN Lin， SHOU Yong

（Guizhou Aerospace Research Institute of Metrology and Testing Technology， Guiyang Guizhou? 550009）

Abstract：This paper mainly adopts FPGA and DDS direct digital frequency synthesis technology to design， implement and test sinusoidal signals， the measured data of sinusoidal signals meet the requirements of design indexes， and can produce sinusoidal signals with high frequency resolution， good stability and fast rotation.

Key words： sinusoidal signals; design and implementation; measurement