基于DDS芯片的相位相关双通道信号源设计

采用直接数字频率合成（DDS）芯片AD9854设计了一种任意相位相关双通道信号源，利用FPGA可编程器件实现逻辑控制。该信号源可输出两路相干、同频、相位差可设定的正弦信号。同时，利用DDS器件内置的高速比较器及外围信号调理电路，也可同时输出三角波和方波信号。其输出频率范围为0~150 MHz，频率分辨率为1 μHz,相位调节分辨率可达0.022°。实测结果表明，该系统输出信号频率稳定度高、相位差精确。 本文介绍了一种基于DDS芯片AD9854的相位相关双通道信号源设计，该设计主要用于生成两路相干、同频、相位差可设定的正弦信号，适用于激光干涉、激光相干合成、雷达跟踪和自动检测与控制等领域。采用FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为核心逻辑控制器，确保了系统的灵活性和精确性。 设计中，AD9854作为DDS芯片，能产生高达150 MHz的正弦和余弦信号，频率分辨率高达1 μHz，相位分辨率达到0.022°。该芯片还支持幅度调制，能输出方波和三角波。两片AD9854通过FPGA进行同步控制，确保两路信号的相位一致性。FPGA在系统中负责接收用户输入（如4x4键盘），处理频率和相位设定，并向DDS芯片发送控制指令。 为了实现精确的相位差控制，设计中有以下几个关键点： 1. 两片AD9854共用同一50 MHz高精度外部晶振作为参考时钟，确保两通道时钟的一致性。 2. 设计PCB板时，晶振输出到两片AD9854的路径需尽可能保持等长，以减少布线引起的相位延迟。 3. FPGA需确保两路更新时钟同步，并在写入数据后提供足够的延时，以保证AD9854正确输出信号。 4. 在输出相干波形前，通过复位或重新设置初始相位，确保两路信号的起始相位可预知。 在实际操作中，可以通过固定一路信号的相位，调整另一路信号的相位控制字来设置相位差。FPGA会将相位和频率控制字先写入缓存，然后在适当时间更新到AD9854的寄存器中。通过计算两路信号的相位控制字之差，可以调整并校验相位差是否满足需求。 控制模块中，FPGA承担着接收命令、配置DDS芯片以及通过相差检测技术实现相位差精确控制的任务。选择合适的FPGA型号是设计中的一个重要决策，因为FPGA的性能直接影响系统的响应速度和精度。 在Quartus II软件中，开发者可以实现FPGA的逻辑设计，包括对AD9854的时序控制，确保所有操作的正确执行。通过这样的设计，最终实现的信号源具有高频率稳定度和精确的相位差控制，满足了复杂应用场景的需求。