一种正弦信号设计与实现

邓发玉 王小兰 彭丽君 陈林 守勇

摘要：本文主要采用FPGA、DDS直接數字频率合成技术，通过对正弦信号进行设计、实现、测试，正弦信号的实测数据满足设计指标要求，能够产生频率分辨力高、稳定性好、转换速度快的正弦信号。

关键词：正弦信号;设计与实现;测试

中图分类号：TM935    文献标识码：A        文章编号：1007-9416（2018）10-0000-00

1 引言

正弦信号是频率成分最为单一的一种信号，任何复杂信号都可以通过傅里叶变换分解为许多频率不同、幅度不等的正弦信号的迭加[1]。最常见的工业及照明用电就是正弦信号。

随着数字处理技术的不断发展，对正弦信号的产生方式也更加多样化。正弦信号在实际中作为典型信号或测试信号而获得广泛应用。本文以FPGA、DDS等数字电路为核心实现一种去耦正弦信号的研制，用于专用测试设备中对其他电子设备的校准检测。

2方案设计

本方案正弦信号主要功能是通过1553B总线发送的命令控制正弦波产生单元输出四路正弦波，同一时刻只有一路正弦信号输出。每路正弦波输出端口均能控制输出2Hz Vpp=4V±0.5V或2Hz Vpp=7V±0.5V或4Hz Vpp=11V±0.5V的正弦信号。

正弦信号主要由控制单元、DDS、放大滤波电路和切换输出电路等组成。工作原理是：正弦信号控制单元根据发送来的控制命令结合DDS控制协议进而实现频率、幅度和通道的切换。正弦信号电路原理框图如图1所示。

3实现过程

3.1正弦信号控制单元设计

正弦信号控制单元的功能主要是接收外部单元发送的数字信号，控制电路输出相应特征的正弦信号。其软件功能如图2所示。

总线接收器将外部控制信号数据指令及参数并行输出至数据处理单元，数据处理单元将数据字解释成RAM1和RAM2的地址总线（AB），在下一个时钟周期（频率为输入晶振频率的1/4）的上升沿，RAM1和RAM2的数据总线将更新为地址总线所对应地址空间中的值[2]。RAM1和RAM2的数据总线的数据之和发生改变将使能总线驱动器输出控制信号，控制正弦信号电路输出相应频率和功率的正弦信号。

3.2 DDS电路实现

DDS是直接数字频率合成器，是一项关键的数字化技术，具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点。是实现设备全数字化的一个关键技术。根据系统时钟、输出频率、相噪和杂散等方面的综合考虑，正弦信号产生单元中DDS选用AD9958。其工作温度-40℃～+85℃，主要参数见表1。

3.3硬件实现

依据正弦信号方案设计，正弦信号印制板设计为8层板，板材为FR4。PCB如图3所示。

4 信号测试

正弦信号频率误差、电压精度测试用仪器为Lecroy公司的数字示波器，型号为wavepro 7200A。

从数据记录表表2中可知，信号输出范围满足设计指标要求。

5结语

本文主要介绍正弦信号的设计及实现，通过对正弦信号进行测试，结果表明，设计的正弦信号的实测数据满足设计指标要求。该电路的实现方式可广泛应用于类似产品的设计，具有很好的应用价值。

参考文献

[1]王华，张健.DSP原理及其C编程开发技术[M].电子工业出版社，2005.

[2] Vadim Manassewitsch著，何松柏译.频率合成原理与设计[M].电子工业出版社，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