双路相位差可调信号发生器的设计

时间：2025-07-10

测试系统与组件

　　电　子　测　量　技　术

　　ELECTRONICMEASUREMENT

TECHNOLOGY

第30卷第4期

2007年4月　

双路相位差可调信号发生器的设计

郭　庆　杨海玲　陈尚松

(桂林电子科技大学电子工程系　桂林　541004)

摘　要:为了进行双路信号相位的研究,提出基于DDFS的双路相位差可调信号发生器的系统设计。系统利用单片机和FPGA实现了双路正弦信号输出,输出频率范围为0.003Hz～750kHz,分辨率为0.003Hz,相位差调节范围为

0°～359°,分辨率为0.01°,幅度范围为-5～+5V,分辨率为0.005V。它不仅可输出2路相同频率、相位差可调的正

弦信号,而且可分别作为2路独立的可调频、调幅、调相的信号发生器使用。经测试验证,系统运行稳定、操作方便。关键词:DDFS;数字;移相

中图分类号:TP21　　　　　　文献标识码:A

Designofgenerator

Guo　YangHailing　ChenShangsong

(DepartofEngineering,GuilinUniversityofElectronicTechnology,Guilin541004)

Abstract:Fortheresearchofdualpathsignalphase,thedualtunablephasedifferencesignalgeneratorbasedondirectdigitalfrequencysynthesize(DDFS)isdesigned.Thissystemrealizesdualsinewavesignaloutputfrom0.003Hzto750kHzbasedonmicro2controller(MCU)andFPGA.Italsocanprovidefrequencystepby0.003Hz,phaseshiftingfrom0°to359°andadjustableamplitudefrom-5Vto5V,andamplitudestepby0.005V.Itcanoutputnotonlytwosinewavesignalswithsamefrequencyandtunablephasedifferencebutalsotwoindependentsignalswhichfrequency,amplitudeandphasecanbeadjustable.Bytestingtheperformanceofsystemisstableandtheoperationisconvenient.Keywords:DDFS;digital;shiftphase

0　引　　言

正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子

仪器,广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。随着电子信息技术的发展,对其性能的要求也越来越高,如要求频率稳定性高、转换速度快,具有调幅、调频、调相等功能,另外还经常需要2路正弦信号不仅具有相同的频率,同时要有确定的相位差。由于传统的模拟移相(如:阻容移相、变压器移相等)有许多不足,如:相位差输出波形易受输入波形的影响,相位差角度还与负载的大小和性质有关、相位差精度不高、

[1]

分辨率较低。而数字移相技术的核心是:先将模拟信号或相位差数字化,经移相后再还原成模拟信号。其主要有2种实现方式:一种是将读取波形存储器的偏移地址映射为相位角;另一种是将波形的延时映射为相位角。第一种方式最为典型,利用直接数字频率合成技术产生相位可调正弦信号,具有实现简单、产生的信号精度高、频率范围宽以及可靠性高等特点。并且可以实现快速频率转换,频率、相位都能方便地进行控制。

1　系统设计

1.1　DDFS的基本原理

DDFS主要由相位累加器、函数表ROM存储器、D/A

转换器及低通滤波器组成,其基本原理如图1所示。正弦波的信号幅值以数据表的形式存储在ROM存储器中,n位相位累加器在时钟fc的作用下以频率控制字K为步进进行相位累加,累加结果依次作为ROM存储器的地址,取出相应的幅值数据送D/A转换器,以产生图1中的阶梯波形,阶梯波形经低通滤波器滤波后得到相应的正弦波形。由此可知输出频率fo为:

fo=K2n

图1　DDFS原理框图

191

　第30卷

1.2　系统硬件设计

电　子　测　量　技　术

32KB的E2PROM存储器AT28C256,为了实现较小的相

本信号发生器主要由DDFS、单片机、键盘、LCD显示,以及幅度控制等模块组成,系统设计框图如图2所示。单片机通过键盘给DDFS发送频率控制字、相位控制字和幅度控制字,使其输出一定频率、相位差和幅值可调的双

路正弦波信号,经过低通滤波器后形成平滑的正弦波形。其中DDFS利用FPGA可编程器件实现,具有硬件简单、实现方便,以及处理速度较高等特点。

位差,从地址0开始到32767,地址线宽度为15位,存储了32768个点的一个周期正弦波形数据,由公式:

ΔΦ=≈0.01°

32768