Проектирование управляемого генератора на основе dds
В данном разделе рассмотрены основные вопросы проектирования устройства, описаны этапы проектирования и приведены основные расчеты.
Структурная схема устройства
Выделим основные структурные блоки разрабатываемого устройства (рисунок 2.1):
УУ – устройство управления, осуществляет преобразование сигналов, принятых от ПК в команды управления микросхемами, также хранит калибровочные данные;
DDS – микросхема прямого цифрового синтеза, отвечает за выдачу сигнала заданной формы и частоты;
DAC – цифроаналоговый преобразователь, позволяет менять амплитуду выходного сигнала.
Рисунок 2.5 – Структурная схема разрабатываемого устройства
Выбор элементной базы
Основным элементом в схеме генератора является микросхема DDS, основой выбора конкретной модели которой стали технические требования к данному проекту, а именно:
Максимальная частота не менее 100 кГц.
Малое потребление мощности, в связи с подключением к ПК через USB.
Возможность генерации синусоидального, треугольного и прямоугольного сигнала.
Исходя из данных требований, а также с точки зрения минимальной стоимости была выбрана микросхема фирмы Analog Devices AD9837 [CITATION AD9837 \l 1033 ]. Технические характеристики микросхемы представлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Основные технические характеристики AD9837
Тип интерфейса |
SPI |
Разрядность частоты |
28 бит |
Разрядность ЦАП |
12 бит |
Потребляемая мощность |
8.5мВт |
Максимальная рабочая частота |
16 МГц |
Выходной сигнал микросхемы однополярный с амплитудой ~330 мВ. Для достижения значений, заявленных в ТЗ, необходимо использовать преобразователь уровня, расчет которого будет приведен ниже.
В качестве устройства управления (УУ) в учебных целях была выбрана микросхема FPGA 10M02SCE144C8G фирмы Intel [CITATION Max10 \l 1033 ]. Использование микросхемы FPGA позволяет вносить изменения и улучшения в аппаратную часть проекта на любой стадии проектирования, также упрощается разводка печатной платы за счет отсутствия привязки к конкретным ногам микросхемы.
Для управления амплитудой выходного сигнала целесообразно применить перемножающий ЦАП. В частности, в данной работе был выбран ЦАП фирмы Analog Devices AD5543 [CITATION AD5543 \l 1033 ]. Микросхема соответствуем всем характеристикам, заявленным в ТЗ, к тому же для связи с ней используется 16-битный интерфейс SPI, следовательно, нет необходимости в использовании различных линий связи для этой микросхемы и микросхемы DDS.
Для связи устройства с ПК по ТЗ предполагается использование интерфейса USB. Данный интерфейс обладает довольно высокой сложностью, к тому же, устройства, реализующие данный интерфейс должны пройти сертификацию, что стоит немалых денег. В связи с этим для связи УУ и ПК будет применена специализированная микросхема FT245RL[ CITATION FTDI \l 1033 ]. Данная микросхема выполняет преобразование USB – FIFO. Интерфейс очереди намного проще, чем USB и работать с ним не составляет проблем.