数字技术与应用
基于DDS芯片和FPGA实现的任意波形发生卡
华庆明
雄股查
(哈尔滨理工大学测通学院
吕实诚
哈尔滨
150080)
自动化技术：
摘要：系统是基于FPGA设计，来用DDS芯片实现的信号源PCI板十，FPGA使用CycloneII系列芯片
EP2C8F256C6，DA芯片使用DAC904，
板十可实见任意波形发生，幅佳，偏置，频率参数可调节，输出频率范国0.1Hz-5MHz，频率精度0，2Hz，并具有扫须功能。
DDS芯片任意波形发生
关键词：FPGA
中图分类号：TM935
文献标识码：A
1引言
任意波形发生器是现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向，直接数字频率合成技术是 1971年由美国学者J.Tiethey等人首次提出的以全数字技术，从相位概念出发合成所需波形的合成原理，DDS技术具有赖事分辨率高，频率转换速度快，频率稳定度高，相位噪声低，输出信号相位连续以及良好的调制特性等特点。
本文通过FPGA，DDS片以及高速 DAC芯片实现信号源板卡，可.实现多种常见的信号，如正弦波、方波、三角波，锯齿、 TTL、白噪声、高斯噪声等等，可以方便的应用于电子测量中，
2板卡组成及原理 2.1板卡组成
任意波形信号源PCI板卡由以下6个部分组成，分别为：(1)DDS电路：AD9851的最高工作时钟为180MHz，内部除了完整的高速DDS外，还集成了时钟6倍频器和一个高速比较器，集成的时钟6倍频器降低了外部参考时钟频率，仅需一个30MHz晶振即可，
文章编号：1007-9416(2010)12-0022-01
因此减小了高频辐射，提高了系统的电磁兼容能力。(2)DAC数模转换电路：选用美国Burr-Brown公司推出的SPEEDPLUS系列的高性能数模转换器DAC904。14位的分辨率，具有165MSPS的输出更新速率，可转换的模拟信号上限频率可以高达54， 8MHz，(3)FPGA控制电路：使用CycloneII 系列芯片EP2C8F256C6.(4)信号调理电路：包括低通滤波器（二阶巴特沃思低通滤波器)，驱动电路等。(5)PCI桥芯片：采用的 PCI9054是应用最多的PCI桥芯片，符合 PCI2.2规范。(6)SRAM电路，用于存储波形数据，采用IS61WV102416BLL-10TLI高速 SRAM
2.2板卡原理
板卡的原理据图见下图1，
根据上图1，上位机通过PCI将波形数据以及所需的波形参数送给FPGA，波形数据存在SRAM中，FPGA将相应的频率控制字，相价控制字等信息送给DDS芯片，经数字式频事合成，DDS产生读取波形数据的时钟，送给FPGA，最后FPGA以此时钟将相应的波形数据送给DAC，由DAC产出模拟信号，经调理输出。
DDS
s ak
上位机
PCI9054
图1
Lout
DAC904
22
一数字势截与应用方方数据
hout
FPGA SRAM 板卡组成框围
2000 200
26.1d8.76 GNDGND
DAC 4020
调理电路
Vout
OPA680
4020
围2
DAC输出增益放大电路
3硬件设计 3.1DDS电路
设计采用PLL芯片ICS512和DDS芯片 AD9851，AD9851采用串行控制方式，6倍时钟使能，外部参考时钟20MHz，DDS输出时钟送至PLL芯片，FPGA可控制PLL芯片，得到所需频率
3.2DAC以及信号增益放大电路
DAC904为14位分辨率，最高数据剧新率165MSPS，输人时钟（数据剧新率） fCLOCK=100MSPS，输出模拟信号频率 fOUT=5.04MHz时，输出信号的SFDR达 68dB
DAC904输出级电路如下图2：
DAC904的供电，模拟电源+5V，数字电压+3.3V，DAC904时钟信号，数据信号由 FPGA控制。
OPA680的电源±5V(输人信号范围0 ±3.3V，输出信号范图0~±3.7V)
此处我们考虑DC-coupled输出， DAC904输出电流最高幅值20毫安，设置 DAC904在负载RL产生0.5Vp-p的电压， OPA680增益设置为2，此处OPA680输出为 ±1V.
DAC904输出经第一级运放OPA680后(2倍增益)，信号范围为0～±1V。
第二级运放OPA680增益为2，信号由第二级运放输出后范围为0~±2V。
第三级信号处理部分为2阶巴特沃思滤低通波器，截至频率设置为5Mhz，用来战除高频谐波分量及其它高频干扰信号，由OPA680来实现。
第四级信号处理部分为板卡信号输出增益和驱动调整。增益设为5，这样板卡信号输出范图为0～±10V。这部分信号调理由THS6214来实现.THS6214供电电源为 ±12V，有超强的题动能力，25?负载情况
下，可输出高达416毫安的电流。 3.3板卡电源设计
使用压差线性电源，不使用开关电源，减少干扰源，并且数字部分和模拟部分果用独立的电象，避免互相干扰，注意板卡电源芯片的散热。
3.4FPGA电路及其他
FPGA，PCI9054,SRAM电路属于典型
应用，在此不再赞述。 4结语
板卡可实现任意波形信号输出，输出幅值范图0~±10V，额率范围0.1Hz~ 5MHz，负载25欧姆时，驱动电流可达 416mA。经实践，板卡可以稳定应用于电子测试平台中。