低功耗可編程波形發生器AD9833的特點、功能與應用分析

1、引言

AD9833是ADI公司生產的一款低功耗，可編程波形發生器，能夠產生正弦波、三角波、方波輸出。波形發生器廣泛應用于各種測量、激勵和時域響應領域，AD9833無需外接元件，輸出頻率和相位都可通過軟件編程，易于調節，頻率寄存器是28位的，主頻時鐘為25MHz時，精度為0.1Hz，主頻時鐘為1MHz時，精度可以達到0.004Hz。

可以通過3個串行接口將數據寫入AD9833，這3個串口的最高工作頻率可以達到40MHz，易于與DSP和各種主流微控制器兼容。AD9833的工作電壓范圍為2.3V－5.5V。

AD9833還具有休眠功能，可使沒被使用的部分休眠，減少該部分的電流損耗，例如，若利用AD9833輸出作為時鐘源，就可以讓DAC休眠，以減小功耗，該電路采用10引腳MSOP型表面貼片封裝，體積很小。

AD9833的主要特點如下：

頻率和相位可數字編程；

工作電壓為3V時，功耗僅為20mW；

輸出頻率范圍為0MHz－12.5MHz；

頻率寄存器為28位（在25MHz的參考時鐘下，精度為0.1Hz）；

可選擇正弦波、三角波、方波輸出；

無需外界元件；

3線SPI接口；

溫度范圍為－40℃－＋105℃。

2、 AD9833的結構及功能

2.1 電路結構

AD9833是一塊完全集成的DDS（Direct Digital Frequency Synthesis）電路，僅需要1個外部參考時鐘、1個低精度電阻器和一個解耦電容器就能產生高達12.5MHz的正弦波。除了產生射頻信號外，該電路還廣泛應外于各種調制解調方案。這些方案全都用在數字領域，采用DSP技術能夠把復雜的調制解調算法簡化，而且很精確。

AD9833的內部電路主要有數控振蕩器（NCO）、頻率和相位調節器、Sine ROM、數模轉換器（DAC）、電壓調整器，其功能框圖如圖1所示。

AD933的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器組成，每來1個時鐘，相位寄存器以步長增加，相位寄存器的輸出與相位控制字相加后輸入到正弦查詢表地址中。正弦查詢表包含1個周期正弦波的數字幅度信息，每個地址對應正弦波中0°－360°范圍內的1個相位點。查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度的數字量信號，去DAC輸出模擬量，相位寄存器每經過228/M個MCLK時鐘后回到初始狀態，相應地正弦查詢表經過一個循環回到初始位置，這樣就輸出了一個正弦波。輸出正弦波頻率為：

fOUT＝M（fMCLK/228）（1）

其中，M為頻率控制字，由外部編程給定，其范圍為0≤M≤228－1。

VDD引腳為AD9833的模擬部分和數字部分供電，供電電壓為2.3V－5.5V。AD9833內部數字電路工作電壓為2.5V，其板上的電壓調節器可以從VDD產生2.5V穩定電壓，注意：若VDD小于等于2.7V，引腳CAP/2.5V應直接連接至VDD。

2.2 功能描述

AD9833有3根串行接口線，與SPI、QSPI、MI－CROWIRE和DSP接口標準兼容，在串口時鐘SCLK的作用下，數據是以16位的方式加載到設備上，時序圖如圖3所示，FSYNC引腳是使能引腳，電平觸發方式，低電平有效。進行串行數據傳輸時，FSYNC引腳必須置低，要注意FSYNC有效到SCLK下降沿的建立時間t7的最小值。FSYNC置低后，在16個SCLK的下降沿數據被送到AD9833的輸入移位寄存器，在第16個SCLK的下降沿FSYNC可以被置高，但要注意在SCLK下降沿到FSYNC上升沿的數據保持時間ts的最小和最大值。當然，也可以在FSYNC為低電平的時候，連續加載多個16位數據，僅在最后一個數據的第16個SCLK的下降沿的時將FSYNC置高，最后要注意的是，寫數據時SCLK時鐘為高低電平脈沖，但是，在FSYNC剛開始變為低時，（即將開始寫數據時），SCLK必須為高電平（注意t11這個參數）。

當AD9833初始化時，為了避免DAC產生虛假輸出，RESET必須置為1（RESET不會復位頻率、相位和控制寄存器），直到配置完畢，需要輸出時才將RESET置為0；RESET為0后的8－9個MCLK時鐘周期可在DAC的輸出端觀察到波形。

AD9833寫入數據到輸出端得到響應，中間有一定的響應時間，每次給頻率或相位寄存器加載新的數據，都會有7－8個MCLK時鐘周期的延時之后，輸出端的波形才會產生改變，有1個MCLK時鐘周期的不確定性，因為數據加載到目的寄存器時，MCLK的上升沿位置不確定。

3、 AD9833的引腳功能及時序

AD9833的引腳排列如圖2所示，各個引腳的功能描述見表1。

AD9833的時序特性如圖3、圖4和表2所示。

4、 AD9833的內部寄存器功能

AD9833內部有5個可編程寄存器，其中包括3個16位控制寄存器，2個28位頻率寄存器和2個12位相位寄存器。

4.1 控制寄存器

AD9833中的16位控制寄存器供用戶設置所需的功能。除模式選擇位外，其他所有控制位均在內部時鐘MCLK的下沿被AD9833讀取并動作，表3給出控制寄存器各位的功能，要更改AD9833控制寄存器的內容，D15和D14位必須均為0。

4.2 頻率寄存器和相位寄存器

AD9833包含2個頻率寄存器和2個相位寄存器，其模擬輸出為

fMCLK/228×FREQEG （2）

其中：FREQEG為所選頻率寄存器中的頻率字，該信號會被移相：

2π/4096×PHASEREC （3）

其中，PHASEREC為所選相位寄存器中的相位字。

頻率和相位寄存器的操作如表4所示。

5、應用設計

AD9833可應用在L15型飛機控制盒配套的檢測盒中，利用AD9833產生頻率可調的正弦波，以模擬機輪速度傳感器的速度信號，從而對控制盒的剎車防滑通道能否正常的剎車防滑進行檢測。

5.1 AD9833的硬件電路連接

檢測盒設計以TI公司的TMS320LF2407A型DSP作為核心控制器，應用中需要2路速度信號，因此需要檢測盒給出2路可獨立調節的頻率，圖5示出TMS320LF2407A與AD9833的硬件連接。

外接有源晶體振蕩器的輸出送給2個AD9833作為主頻時鐘，DSP的SPI口采用主動工作方式，即用SPISIMO口發送數據，為了與AD9833的時序相配合，DSP的接口時鐘（SPICLK信號）方式選擇有延時的下降沿，IOPC3和IOPC5作為電路選通信號，IOPC3為低電平時U2被選通，此時對U1寫數據無效；同理，IOPC53為低電平時U1被選通，此時對U2寫數據無效。

5.2 軟件程序

圖6示出了AD9833的軟件流程。