一種正弦信號設計與實現

鄧發玉 王小蘭 彭麗君 陳林 守勇

摘要：本文主要采用FPGA、DDS直接數字頻率合成技術，通過對正弦信號進行設計、實現、測試，正弦信號的實測數據滿足設計指標要求，能夠產生頻率分辨力高、穩定性好、轉換速度快的正弦信號。

關鍵詞：正弦信號;設計與實現;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]。最常見的工業及照明用電就是正弦信號。

隨著數字處理技術的不斷發展，對正弦信號的產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用。本文以FPGA、DDS等數字電路為核心實現一種去耦正弦信號的研制，用于專用測試設備中對其他電子設備的校準檢測。

2方案設計

本方案正弦信號主要功能是通過1553B總線發送的命令控制正弦波產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發送來的控制命令結合DDS控制協議進而實現頻率、幅度和通道的切換。正弦信號電路原理框圖如圖1所示。

3實現過程

3.1正弦信號控制單元設計

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

總線接收器將外部控制信號數據指令及參數并行輸出至數據處理單元，數據處理單元將數據字解釋成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的數據總線將更新為地址總線所對應地址空間中的值[2]。RAM1和RAM2的數據總線的數據之和發生改變將使能總線驅動器輸出控制信號，控制正弦信號電路輸出相應頻率和功率的正弦信號。

3.2 DDS電路實現

DDS是直接數字頻率合成器，是一項關鍵的數字化技術，具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉換時間等優點。是實現設備全數字化的一個關鍵技術。根據系統時鐘、輸出頻率、相噪和雜散等方面的綜合考慮，正弦信號產生單元中DDS選用AD9958。其工作溫度-40℃～+85℃，主要參數見表1。

3.3硬件實現

依據正弦信號方案設計，正弦信號印制板設計為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公司的數字示波器，型號為wavepro 7200A。

從數據記錄表表2中可知，信號輸出范圍滿足設計指標要求。

5結語

本文主要介紹正弦信號的設計及實現，通過對正弦信號進行測試，結果表明，設計的正弦信號的實測數據滿足設計指標要求。該電路的實現方式可廣泛應用于類似產品的設計，具有很好的應用價值。

參考文獻

[1]王華，張健.DSP原理及其C編程開發技術[M].電子工業出版社，2005.

[2] Vadim Manassewitsch著，何松柏譯.頻率合成原理與設計[M].電子工業出版社，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