The Design of Multifunctional Modulating Module Based on The DDS Chip AD9835
Abstract：The technology of Direct Digital Frequency Synthesis has been gradually applied into the field of achieving stable signal generator as well as the prevalent use of phase-locked loop,following the development of techno-signal generator.This paper will introduce the design of multifunctional modulating module based on the DDS chip AD9835.It will achieve the frequency modulation and phase modulation of digital signals and the amplitude modulation of both digital and analog signals by the simple control of the singlechip.
Keywords：DDS  FM  PM  AM
摘要：随着信号源技术的发展，在普遍使用锁相环技术实现稳定信号源的同时，直接频率合成技术（DDS）也日渐广泛运用。本文介绍基于直接频率合成器AD9835的多功能调制模块的设计，通过单片机对AD9835的简单控制，实现数字信号的频率、相位调制以及数字和模拟信号的幅度调制。
关键词：DDS  频率调制  相位调制  幅度调制

1. DDS频率合成器技术
1971年，美国学者J.Tierney等人提出了以全数字技术为基础，从相位的概念出发直接合成所需要波形的一种新理论。随着电子技术的不断发展，直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis简称DDS）技术得到了迅猛的推广，以其优越的性能和特点深受电子设计工程师的青睐。DDS合成器输出的频率信号具有相对带宽较宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续的特点并且可以产生宽带正交信号，能够广泛应用于多种信号的调制，在可编程、全数字化和信号源控制等方面大有作为，具有极高的性价比。
2.AD9835在频率合成中的应用
直接频率合成技术基于采样定量，通过查表法来产生所需波形。如图1所示为频率合成系统框图：
 

其中，频率设定部分通过控制器将需要输出的频率参数值进行设置，从而控制相位累加器。相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。每送来一个时钟脉冲，加法器将控制字k与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送到累加寄存器的数据输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟脉冲的作用下，不断地对频率控制字进行线性相位累加。相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的输出频率就是DDS输出的信号频率。
从相位累加器输出的数据作为波形存储器（ROM）的相位取样地址。把存储在波形存储器内的波形抽样值（二进制编码）通过查找表方式查出，完成相位到幅值的转换。波形存储器的输出送到D/A转换器，D/A转换器从而将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟信号。
AD9835是ADI公司生成的高性能频率合成器，其最高频率为50MHz，可以广泛运用于频率合成和调制技术中，其内部框图如图2所示：
 

AD9835内部有一个32位相位累加器，两个32位频率寄存器（F0和F1），四个12位相位寄存器（P0、P1、P2、P3）。32位相位累加器的输出值截取高12位后与12位相位寄存器值相加，构成12位的相位地址，寻址余弦ROM表。寻址得到的幅度值经10位的高速D/A转换后，合成相应的余弦信号，从而完成频率合成的全过程。
3.任意频率合成及数字调频、调相设计
AD9835内部有两个32位的频率寄存器，这种结构使AD9835在通信调制中得到了广泛的运用。在相应控制器的控制下，用户可以根据需要通过控制器接口输入相应的频率控制字，单片机通过串行方式将频率控制字加载到AD9835的两个频率控制字中，其输出频率如式（1-1）所示：
     (1-1)
用户可以根据需要随意设定两个频率寄存器的数值，在进行2FSK调制时，数字调制信号通过FSELECT管脚输入，从而选择当前输出的频率信号的频率寄存器，四个相位寄存器还可以设置两频率信号的相位，通过相位累加实现两个不同频率信号的输出，实现数字调频。
AD9835内部拥有4个12位的相位寄存器，在单片机的控制下，通过串行方式可以加载12位相位寄存器的值，调制信号通过两个相位寄存器选择管脚PSEL0和PSEL1，选择当前输出信号的相位偏移度，输出以当前选择的频率寄存器所决定的频率值为输出信号频率，当前选择的相位寄存器所决定的相位偏移为输出相位偏移的已调信号，从而实现数字信号的相位调制。
AD9835实现数字信号频率调制及相位调制时的控制流程如图3所示：

4. 基于AD9835实现数字及模拟信号的AM技术
AD9835根据第一脚(FS Adjust)的输出电流不同而产生不同幅度的输出信号。本设计通过调节该管脚的外接电阻值，改变此管脚的电流输出，从而实现输入信号的幅度调制。其硬件处理框图如图4所示：
 

本设计通过多路选择器ADG821选择两路信号的输入，如果是数字信号，首先通过DA变换器TLC5615将数字信号转换为模拟信号，两路信号通过多路选择器后输出电压型信号，此电压型信号作为MOS管(2N2222)的外接输入电压，连接到AD9835的第一脚，从而有效地控制AD9835的外电阻值，改变FS ADJUST管脚的输入电流，实现AD9835输出信号的幅度调制
5. AD9835在通信中的应用
AD9835作为被广泛运用的直接频率合成应用芯片，其内部丰富的寄存器资源可以方便地实现任意频率信号合成、数字调频、数字调相、模拟调幅等功能。本设计外部电路简单，只需要通过单片机作简单地控制即可以实现上述所有的功能。在电路系统设计中，对信号源的要求越来越高，直接频率合成技术凭借其独特的优越性将在未来一段相当长的时间内成为载波信号产生的主要方法之一。

参考文献
【1】Analog Devices  AD9835 Database                1998
【2】Colm Slattery  Programming the AD9832/AD9835              2000
【3】李耀民等       AVR单片机串行加载DDS芯片AD9835的实现        Radio Engineerng       2003
【4】张世仓   一种新型两路正弦波信号发生器的研究     西安科技学院学报           2002
【5】聂祥羿等  应用DDS芯片AD9835开发的一种高精度频率信号发生器 电子技术应用               2001

作者简介：任少华,男,1980年5月,汉族,四川大学电子信息学院硕士研究生,研究方向:集成电路设计及应用.
王  勇,男,1965年8月,汉族, 博士,四川大学电子信息学院副教授,研究方向:集成电路可测性设计
通信地址：四川大学(望江校区) 电子信息学院 2003级研究生3班 任少华  邮编：610065
Email：ren-shuidong@163.com