高输出功率正弦信号发生器
余师倩，张志勇，方力
（武汉大学电子信息学院，湖北武汉430079）
摘要:基于直接数字频率合成DDFS（DirectDigitalFrequencySynthesize）技术，依据调制信号相关原理，设计以DDS集成电路AD9851为核心的正弦信号发生器，可精确输出幅度调节范围为50mVPP~20VPP，频率调节范围100Hz~30MHz的正弦波，还可输出调幅波、调频波、PSK、ASK信号。该设计在宽频带内能获得大幅度的低失真波形。采用多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激，通过软件补偿提高频带内输出幅度的平坦度。该系统输出波形谐波失真度小，无杂散动态范围（SFDR）达39.8dBc，功能稳定，操作简便。
关键词:正弦信号；调幅；调频；直接数字频率合成（DDFS）；AD9851中图分类号:TN76
文献标识码：A
文章编号：1674－6236（2010）02-0050-03
Sinesignalgeneratorwithhighoutputpower
YUShi-qian，ZHANGZhi-yong，FANGLi
（SchoolofElectronicInformation,WuhanUniversity，Wuhan430079，China）
Abstract：Basedonthetechniqueofdirectdigitalfrequencysynthesize（DDFS）andthetheoryofsignalmodulation，asinusoidalgeneratorwithcorechipAD9851isdesigned，whosefrequencyrangeis100Hz~30MHzandamplituderangeis50mVPP~20VPP.ThesinusoidalgeneratoralsooutputsofFM，AM，PSKandASKsignals.Thesystemdesignachieveswideamplitued，lowdistor-tionwave.Takinganti-interferencemeasures，andtakestheadvantageofsoftwarecompensation，thesystemexportshighaccuratewaveform，whoseSFDRisupto39.8dBc，andhasthestablefuntionandconvenientoperation.
Keywords：sinesignal；amplitudemodulation；frequencymodulation；directdigitalfrequencysynthesize（DDFS）；AD9851
电子设计实验用到的激励信号源通常是由函数信号发生器提供，但往往难以兼顾宽频带、宽幅度范围和低谐波失真，因此需自行设计信号源实现既定信号输出。基于直接数字频率合成DDFS（DirectDigitalFrequencySynthesize）技术，依据调制信号相关原理，设计出一种基于DDS的正弦信号发生器，能够得到低失真的宽带正弦波以及各种调制信号，带负载能力强，满足多方面需求，发展前景良好，可广泛应用于工程领域。
图1系统总体设计框图
2主要功能模块的设计
2.1
自动增益控制（AGC）
为保证AD9851输出的信号平坦度，需增加一级AGC电路，这里采用AD603和反馈控制技术构成AGC电路[1]。AD60-
1系统总体设计方案
该系统设计是以单片机和FPGA组成的最小系统为控
制平台。利用FPGA运算速度快、资源丰富等特点，实现DDS等功能模块的时序控制。对于模拟部分，AD9851的输出经自动增益控制（AGC）、幅度控制、信号调理（放大、滤波）、功率放大后得到100Hz~30MHz的正弦信号。DDS信号源输出的调制信号和AD9851输出的载波信号经乘法器实现调幅；单片机控制调频信号的中心频率，DDS模块的输出控制频偏，这两者一同控制AD9851的频率控制字，实现调频；键盘输入二进制基带码，经并串转换后采用100kHz固定频率的载波进行键控，实现2ASK和2PSK。图1所示为该系统设计的总体设计框图。
收稿日期:2009-07-02
稿件编号:200907007
3是ADI公司生产的可变增益放大（VGA）器件，具有宽频带、
低噪声、高增益精度（最大增益误差0.5dB）等特性。应注意其输入电压范围是-1.4~1.4V，若超出该范围，则严重失真；控制端（引脚1、2）共模输入电压范围-1.2~2V，若超出范围，则增益控制不精确[2]。在AD603输出端接一个由THS4011构成的放大倍数为2的同相放大器，具有缓冲作用，避免自激。
2.2幅度控制
AD9851通常输出信号幅度固定，用AD603构成可变增
益放大器，其后串接一个由THS4011构成的同相放大器，可有效调节幅度。AD603的引脚1的电压固定，引脚2的电压
作者简介:余师倩（1988—），女，湖北汉川人。研究方向：通信工程。
余师倩，等高输出功率正弦信号发生器
由12位串口D/A转换器TLV5616调节，以控制AD603增益，从而控制输出信号的幅度。为了精确控制，引脚1和2都应连接滤波电容，以滤除纹波，这是因为VG即使受微小扰动也会导致输出电压很大变化。图2为系统的控幅电路。
型运算放大器，具有宽带宽、高摆率和低失真的特性。在
THS3001的输出端并接1只22pF的电容至地，实现滞后补
偿，防止高频段自激。然后对信号滤波，电路中这两个7阶的椭圆滤波器分别滤除频率大于11MHz的信号谐波和频率大
于18MHz的信号谐波。无源滤波器对阻抗匹配要求很高，又因滤波器会将信号幅度衰减一半，则采用
THS3001构成的同相放大器对滤波器进行阻抗匹
配，并将信号放大2倍。输入阻抗匹配采用同相放大器，因为同相放大器具有输入阻抗高、输出阻抗几乎为零的特点，具有隔离作用。滤波器后接射随，对滤波器的输出阻抗进行匹配且具有缓冲作用。最后衰减大信号，对不同幅度段的信号分档处理，一路直
图2
控幅电路
通，一路作10倍衰减，一路作40倍衰减。衰减器采用π型网络实现。通道选择由电磁继电器切换。图3
为信号调理电路框图。
2.3调幅（AM）
调幅电路是由乘法器和加法器组成。该电路采用模拟乘法器AD835实现。实际控制调幅度ma时，保持载波信号幅度不变，控制调制信号的幅度在0.1~1V范围内变化，就可使
ma在10％～100％之间变化[3]。为使AD835正常工作，电源不
仅连接0.1μF的瓷片电容和4.7μF的钽电容进行去耦，还须加磁珠以防止高频信号干扰。
调制信号由FPGA内部的DDS模块产生，再由高速D/A转换器DAC902实现数模转换，而DAC902的电压基准由串行D/A转换器TLV5616程控调节，这样可节省端口资源。
2.7功率放大
输出信号频率范围为100Hz~30MHz，要在该频带内得到大幅值，这里采用分立元件搭建准互补推挽功放[5]。在输入信号的一个周期内，两管半周期轮流导通，减小单管的静态损耗，具有较高的输出效率和功率。
同时由于电路的对称性，可在输出负载端得到完整的双极性波形。此电路前级由THS3001构成同相放大器，电压放大倍数为Av=1+R4/R10；后级选用NSC公司的2N3904和
2.4调频（FM）
DDS模块产生调制信号，控制频偏，同时通过单片机控
制总线输入FM的中心频率，然后将二者相加，由二者的和控制AD9851的频率控制字，就可使AD9851产生调频信号。
2.5键控（ASK，PSK）[4]
通过键盘任意输入8位二进制信号，通过并串转换，得
2N3906三极管（特征频率fT=200~300MHz），采取并联的方式
扩流[6]。通过VD1、VD2的电压箝位实现三极管的微导通，避免交越失真。
图4为功率放大电路。
到串行序列码。转换时钟频率即为基带码率。用该序列码控制DDS模块中产生100kHz载波的频率控制字的累加。当序列值为“0”时，将相位指向幅值为0处，为“1”时则相位累加器正常工作，然后经数模转换，即可得到2ASK信号。
至于PSK，这里只产生2PSK信号。通过键盘任意输入8位二进制信号，通过并串转换，得到串行序列码。为使相位跳变恰好发生在过零点，将100kHz载波信号10分频作为转换时钟，码元为“1”时，将相位累加器初值置π；码元为“0”时，将相位累加器初值置0。
2.6信号调理
信号调理电路是该系统设计中的重要部分，由于在这一级的处理，本设计在高频段和高幅度段仍能获得高质量的波形。AD9851输出信号经AGC、幅度调节模块，幅度被放大到很大，在频率较高时产生谐波失真，因此需进行滤波。输入信号幅度太低，滤波效果受到影响。本设计的幅度范围很宽，需将信号先放大再衰减。先采用THS3001构成的同相放大器将信号放大约3倍。THS3001是TI公司的高速低噪电流反馈
GPRS的污水处理监控系统，基于Windows2000环境下的In-touch8.0系统进行监控软件的2次开发，通过系统的投产运
行，该系统在处理污水的能力方面较以前有较大幅度的提升，且节约了经济成本。GPRS技术由于其优越性，在自动控制、环境监测等方面将发挥更大的作用[7]。参考文献:
[1]葛玉连,赵保康,喻一萍.浅谈城市污水处理及工业污水
在线监测[J].排灌机械,2005，32（6）：34-37.
图4出水检测BOD5数据变化图
[2]李汉玲.GPRS在污水处理监控系统中的应用[J].机械工程
与自动化，2008（3）：177-179.
机立即报警，并记录有关数据、工况，以供分析处理。计算机所测数据可按一定时间间隔记录到硬盘上，也可根据用户的要求在各种条件下存盘，用户可根据需要随时调取有关数据进行显示、打印。同时还可实现网络发布功能，使各终端通过
[3]李平均.基于GPRS网络的单片机的Internet接入[J].微电
子学与计算机，2006，23（3）：34-36，39
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接入[J].机械工程与自动化，2006（3）：15-17.
Web访问服务器，实时了解监控数据，同样可以实现各种动
画、表格、曲线的显示，满足不同权限的用户实时了解各站点工作情况及监测数据的需求。
5结论
本研究项目针对传统污水监控系统由于监控点位置分
[6]李汉玲.GPRS在污水处理监控系统中的应用[J].机械工程
与自动化，2008（3）：22-24.
[7]郑远锋，何林泰.无人值班变电站遥视系统的应用[J].陕西
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散，通过有线的方式布置系统存在成本过高、缺乏灵活性等缺点，采用GPRS技术为某污水处理公司设计一套基于
