电赛即将开始,DDS做信号源是必备的技能。
今天推荐一款很有用的在线工具 - ADI公司的ADIsimDDS,帮你深入理解DDS的构成原理、频谱构成以及滤波器的设计。尤其是选用了ADI公司DDS芯片的,更可以借用这个工具配置频率参数以及了解输出信号的时域和频域波形。
页面见下面:
链接?https://tools.analog.com/cn/simdds/
几乎所有能用的集成化的DDS芯片都出自ADI公司,你可以访问该公司的官网www.analog.com,搜索关键词simDDS,就可以到到达这个页面。
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即便你使用FPGA + DAC来实现DDS信号源的功能,也可以利用这个工具,因为原理都是一样的。
你可以在“DDS选型和操作”下拉框中选择你正在用的器件,如果你用FPGA+DAC来实现DDS,可以选择一款最高工作频率接近你FPGA/DAC工作频率器件,比如你选用的DAC是200Msps/10bits的,要生成10MHz的正弦波,你可以选用AD9859、AD9911、AD9913等。
Clock Input设置为200MHz
Multiplier设置为1x即可(电赛的DDS信号源中已经满足要求了)
System Clock设置为200MHz
Target Output Frequency设置为10MHz(你要产生的信号的频率)
系统会自动计算出频率控制字为0CCCCCCD(显然内部使用了32位的相位累加器),如果你采用28位或24位的相位累加器,可以去掉后面的4位或8位控制字即可。
可以看到频域和时域的波形:
我们看到的带有台阶的正弦波其实频谱非常丰富,除了10MHz的目标信号外,还有一系列的其它谱线
200MHz的主时钟是不出现的;
但围绕着主时钟Fs的n倍(0、200MHz、400MHz)左右各有一条谱线,有190MHz、210MHz、390MHz、410MHz的谱线,这些谱线也就是通过DAC产生的Images(镜像信号,携带了原始信号一样的信息);
任何器件都难免由于工艺以及供电等导致的非线性,因此10MHz的输出信号中必然会有20MHz的2次谐波和30MHz的3次谐波,同样在nFs频率的两侧也有相应的谱线,也就是这些谐波信号通过DAC镜像产生的谱线,谐波的强度取决于多种因素,如果电路设计的比较理想,AD9859这颗芯片可以达到-50dBc。
对这些信号的了解,可以通过“显示信号”一览的开、关来查看。
一般DDS信号源都是通过低通滤波器滤除掉目标信号以外的其它信号,这里面最强的其实是DAC的镜像,谐波只有-50dBc可以忽略不计,而且谐波的频谱跟着产生的信号频率跑,很难通过模拟滤波器滤出掉。
DDS的主时钟都是固定的(很多同学通过改变主时钟的方式来得到不同频率的模拟信号,这种方法是错误的,无法做低通滤波器),比如200MHz,这样低通滤波器就可以用固定的电路来实现,比如设置LPF的截止频率为80MHz,产生的模拟信号最高频率为80MHz的时候,其镜像谱线在120MHz,中间有40MHz的间隙,可以通过椭圆滤波器(7阶以上)来滤出掉120MHz以上的不需要的频谱,这也是通信系统中常用的方法。
当然,拉开最高频率的模拟信号和其镜像之间的间隔,滤波器的设计会更容易。如果你项目中要求产生的模拟信号最高频率为50MHz,镜像在150MHz以上,可以通过比较简单的滤波电路,比如3阶的巴特沃斯滤波器把镜像信号压制下去。参见下面不加滤波器和使用了3阶滤波器的效果。
200MHz主时钟产生45MHz正弦波,没有LPF
使用了截止频率位60MHz的3阶巴特沃斯滤波器的效果
通过这个工具,你可以根据自己要实现的指标,来确定需要的滤波器的阶数,然后借助滤波器的设计工具、仿真软件就可以设计出满足你系统系统要求的模拟电路部分。
巧妙利用DAC的镜像,还可以实现通信中的上变频功能,从而省去了本振、上变频、滤波器等复杂的模拟电路。比如你要产生一个140MHz载频的FM信号,可以使用150MHz的主时钟,产生一个10MHz的FM信号,自然就会通过DAC镜像得到一个140MHz和一个160MHz的FM信号,在140MHz处加一个带通滤波器就可以得到你需要的FM信号。
电路将变得非常简单。
利用这个方法,可以获得更高频率的调制信号。
做通信/高频电路方面题目的同学可以尝试用这种方法来试试。
最后给大家推荐一篇资源文章:用来实现DDS的常用元器件。
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周末愉快!