摘 要：直接数字频率合成（dds）是近年来发展非常迅速的一种新型频率合成技术，它具有频率分辨率高、相位噪声低、频率转换时间短等特点。首先简要介绍dds的工作原理及其性能，然后主要阐述如何利用ad9851芯片设计一个高精度直接数字式合成频率源。
关键词：直接数字式频率合成；ad9851；频率分辨率；相位噪声
随着现代电子技术的发展，在通信、雷达、宇航、仪表、电视广播、遥控遥测和电子测量仪器等应用领域，稳定度的晶体振荡器，其输出信号作为dds合成频率的基准频率，同时保证dds中各部件同步工作，频率控制字fcw来自计算机系统，它用来控制相位累加器的累加次数，从而改变输出频率fo的高低。dds的工作实质是以参考频率源对相位进行等可控间隔的采样。
由于：f＝ω／2π＝δθ／2π×δt，其中δθ为一个采样间隔δt之间的相位增量，采样周期δt＝1／fr，即：f＝δθ×fr／（2×π），控制δθ，就可以控制不同的频率输出。δθ由频率控制字fcw控制：δθ＝fcw×2π／2n（n为相位累加器的字长），改变fcw可得到不同的频率输出fo：
dds中输出滤波器采用lpf。由于dds合成信号是正弦波时，d／a输出的信号中有许多不需要的寄生谱分量，只有基波分量才是所需要的，因此在d／a之后需跟一个低通滤波器。nyquist准则允许输出频率最高为fr／2，即fcw≤2n－1，但实际中受lpf的限制，一般：
dds的主要优点是频率分辨率高，由式（2）可知，它的频率分辨率（即精度）由相位累加器的位数n决定；由式（3）可以看出，dds的工作频带较宽，可合成从直流到0．4fr的频率信号；同时它的输出相位连续，频率稳定度高。
2 一种高精度直接数字式频率合成器的设计
ad9851芯片是ad公司采用先进cmos技术生产的最高时钟为180mhz、高集成度直接数字式频率合成器件。它由一个高速dds，一个高速、高性能dac以及比较器等构成一个完全数字控制可编程频率合成器，其时钟输入端内置一个6倍频乘法器，并且具有时钟产生功能。ad9851的原理框图如图2所示，可将其用作一个高精度可编程的数字频率合成器和时钟生成器。当参考时钟源的频率精度很高时，其输出数字化的模拟正弦波的频率和相位都很稳定，生成的正弦波经滤波后可直接用作频率源，也可通过内部的比较器转换成方波作时钟源。
ad9851的参考时钟输入可采用温补石英晶体振荡器提供，编程启用ad9851内含的6倍频率乘法器。其所需控制字、频率控制字fcw以及相位控制字等数据由pc机通过pci（peripheralcomponentintercon－nect，即外围部件互连）总线以并行或串行异步方式提供，在pci总线与ad9851之间利用pci专用芯片组或pld进行输入数据缓冲，ad9851的输出需经lpf滤波器滤波。系统总体原理框图如图3所示。
ad9851共包含40位控制码（d39～d0），其作用是：（1）d39、d38用来控制ad9851数据输入的模式。ad9851的数据输入模式分为两种：并行输入模式和串行输入模式。在并行输入模式下，模式控制码为“00”，由数据输入端d0～d7每次8bits分数次输入频率控制字。在串行输入模式下，模式控制码为“11”。由数据输入端d7每次1bit依次输入频率控制字。（2）d37用来调节ad9851输出的功率。（3）d36～d32相位调制码，用来控制ad9851的相位调制量。（4）d31～d0，用来控制ad9851输出的频率。这32位频率控制码是由输入的频率值转换过来的。具体转换关系为δphase＝fo／（refclk／232）。
ad9851中的dds内核所需输入控制字由pc机提供。在进行频率控制时，首先送入相位调制码、功率调节码和输入模式控制码，然后送入32bits频率控制码。本系统中以软件方式设置ad9851工作在并行数据输入模式。系统启动后，用户从键盘输入所需信号的频率值、初始相位值以及置ad9851的工作模式的控制字，计算机将频率值根据公式δθ＝fo／（ref－clk／232）转换为频率相位控制字，将初始相位值按照公式phase＝phasein／11．25°转换为相位调制字，准备送往ad9851频率控制输出板。在传输数据之前，计算机先向系统端口产生一个reset上升沿信号，并延时7ns，使系统复位，再依次传输一个8bits的相位调制和置ad9851工作模式码以及32bits的频率控制码。每传输一次8bits的控制码后，需由软件产生一个有效的w＿clk上升沿信号，将控制码送入ad9851输入数据寄存器中，重复五次后即可将40bits的控制码全部加载到ad9851内部的数据寄存器中，最后产生一个有效的fq＿ud上升沿信号，将40bits的控制码全部加载到ad9851中的dds频率合成单元中，经过13到18个时钟周期后，就可以获得所需要的频率输出信号。
主程序流程图如图4所示，包括：系统初始化，由用户输入所需的频率值，判断输入的频率值是否超出系统所限制的范围，由计算机完成输入频率值到ad9851所需频率／相位控制码的转换，通过pci扩展口将频率
