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(多图)基于STM32的双路信号源及配置平台设计

牟光红?? 钟洪声?? 2015年04月02日 ?? 收藏1
随着在雷达探测、仪表测量、化学分析等领域研究的不断深入,不仅要求定性的完成目标检测,更加需要往高精度、高分辨率成像的方向发展。一方面,产生频率、幅度灵活可控,尤其是低相位噪声、低杂散的频率源对许多仪器设备起着关键作用。另一方面,电子元器件实际性能参数并非理想以及来存在自外部内部的干扰,大量的误差因素会严重影响系统的准确性。双路参数可调的信号源可有效地对系统误差、信号通道间不平衡进行较调,并且可以产生严格正交或相关的信号,这在弱信号检测中发挥重要作用。为此本文采用双通道DDS方法,以STM32为控制器,完成了一种高分辨率灵活可调的双路信号源电路设计。

1 DDS原理及系统方案

1.1 DDS工作原理

直接数字频率合成(DDS)是一种以一个固定频率的精确时钟源为参考,使用数字数据处理模块产生频率和相位可调的输出信号的技术。本质上,DDS内部结构是通过可编程的二进制控制字所设置的尺度因子对参考时钟进行“分频”。控制字通常为24-48位长,使DDS实现卓越的输出频率分辨率。直接数字频率合成器可以通过精密参考时钟,地址计数器,可编程的只读存储器(PROM)和一个D/A转换器来实现,其结构如图1所示。

图1  DDS基本结构
图1 DDS基本结构

通过在数字信号链路上引入相位累加功能,使这种架构成为一个数控振荡器,同时也是高度灵活DDS器件的核心。如图2所示,在正弦查找表之前用N-bit可变模的计数器和相位寄存器来替换地址计数器,形成一种具有“相位轮”的DDS结构,“相位轮”上的每一点与恰好与正弦波周期波形上的每一点对应。

图2  可变频DDS结构与数字相位轮
图2 可变频DDS结构与数字相位轮

DDS的输出频率为:

DDS的输出频率

其中,fout为输出频率,M为二进制控制字,fc为参考时钟源,N为相位累加器的位宽(决定频率分辨率)。

DDS发展趋势是功能集成,在单芯片上增加数模模块实现更广泛的应用。这些模块主要有:

1)可编程的输入时钟倍频模块。

2)可编程幅度,相位控制模块。

3)多波形产生控制模块。

4)各种调制及扫描模块。

1.2 系统方案

整个信号源系统主要由STM32控制器、AD9958、输出电路、滤波电路、外围电路和上位机配置软件等构成。系统框图如图3所示。

图3  系统方案框图
图3 系统方案框图

上位机控制软件将需要配置(或读取)的参数以命令的方式发送到控制器,控制器解析命令后完成对芯片的配置或读取相应的参数回发到上位机。系统采用双通道DDS器件AD9958为频率发生器,该器件由两个DDS内核构成,频率、幅度、相位控制字位宽分别为32bit、10bit、14bit,可满足高分辨率信号需求。每个通道可提供独立的频率、幅度和相位控制,具有卓越的通道隔离度(大于72dB)。由于两个通道采用相同系统参考时钟,因此两个通道间具有内在的同步性,通过菊花链连接方式可实现多个器件间同步。AD9958另外一个突出的优点是低功耗,在具有多通道DDS器件中,其功耗是最低的。通过外部控制引脚(PWR_DWN_CTL)和内部可配置寄存器FR1[7:6]、CFR[7:6],实现多种低功耗工作模式。

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直接数字合成? 椭圆低通滤波器? STM32F107?

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