專利名稱：基于直接數(shù)字合成技術(shù)的聲光驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種聲光驅(qū)動器，特別是基于直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)的聲光驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
在工業(yè)、科研的很多領(lǐng)域，聲光器件都有很多應用，例如快速光譜分析，聲光調(diào)Q激 光，聲光移頻，聲光斬波，聲光主動鎖模激光等等。原有的聲光驅(qū)動器主要由壓控振蕩的頻
率綜合器和射頻控制與放大器兩部分組成。傳統(tǒng)上采用壓控振蕩器(vco)作為可調(diào)諧的頻
率綜合器，通過施加不同的電壓控制輸出頻率，輸出的射頻信號通過射頻控制與放大器進行 功率放大。這種類型的聲光驅(qū)動器輸出頻率不夠精確，穩(wěn)定，其頻率漂移往往達到數(shù)兆赫茲， 而且使用時需要額外提供一個精確，穩(wěn)定的模擬控制電壓，十分不方便。我們發(fā)明了一種基
于直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)的聲光驅(qū)動器，主要由頻率綜合器、邏輯控制器、參考時鐘、 射頻控制與放大器組成。其優(yōu)點是輸出頻率更加精確，穩(wěn)定，分辨率高，并且頻率轉(zhuǎn)換速度 快；數(shù)字控制，不需要外加模擬電壓，使用靈活方便，便于同數(shù)字工控設備協(xié)同工作；采用 大規(guī)模集成電路，可靠性高，升級方便。十分適合工業(yè)、科研使用。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供了一種基于直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)的聲光驅(qū)動器，用來取 代傳統(tǒng)的壓控振蕩器聲光驅(qū)動器。其特征是使用了直接數(shù)字合成的頻率綜合技術(shù)。
本實用新型所提供的基于直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)的聲光驅(qū)動器，由頻率綜合器、邏 輯控制器、參考時鐘、射頻控制與放大器和電源管理模塊構(gòu)成所述的邏輯控制器與頻率綜 合器連接，基于單片機的邏輯控制器，接受控制鍵和可編程數(shù)字控制端口輸入的數(shù)字控制信 號，在邏輯控制器的控制下，頻率綜合器輸出頻率和幅度的波形，提供液晶顯示屏顯示工作 狀態(tài)；所述的參考時鐘與頻率綜合器連接，提供基準時鐘信號給頻率綜合器；所述的射頻控 制與放大器與頻率綜合器連接，將頻率綜合器所產(chǎn)生的高頻信號進行預放大、濾波、幅度控 制、末級功率放大后輸出；所述的電源管理模塊將電源連接到各個單元器件。
本實用新型所述的頻率綜合器采用專用的DDS芯片，在邏輯控制器的控制下，輸出所需 的頻率和幅度的波形。頻率綜合器對從邏輯控制器傳來的頻率數(shù)進行計算，算出每個時鐘周 期需要增加的相位，再通過相位累加計算出下一個時鐘周期需要輸出的相位。然后通過儲存 在芯片內(nèi)部的相位一振幅關(guān)系函數(shù)，計算出該時刻應該輸出的幅度，經(jīng)過低通濾波器平滑處 理，即可輸出需要的頻率和幅度的波形。本實用新型所述的邏輯控制器，采用通用的單片機作為控制核心，與控制鍵、液晶顯示 屏、可編程數(shù)字控制端口、外部通用串行端口、在線編程接口連接，控制頻率綜合器的輸出
頻率和幅度；接受外界控制鍵和可編程數(shù)字控制端口輸入的數(shù)字控制信號，提供液晶顯示屏
顯示當前工作狀態(tài)；可編程數(shù)字控制端口與外部通用串行端口，便于同工控機協(xié)同使用；具 備在線編程功能，具有極強的擴展性能和彈性。同時具有專門的記憶體芯片和監(jiān)控芯片，當 發(fā)生異常斷電或者死機時，將當前工作狀態(tài)記憶下來，在下一次啟動之后自動恢復到原來的 工作狀態(tài)。
本實用新型所述的參考時鐘為產(chǎn)生基準時鐘信號的單元，提供基準時鐘信號給頻率綜合 器?？梢允褂闷胀ǖ氖⒕w振蕩器以供低成本使用。當作精密應用時，也可以使用原子鐘 等高檔頻率源，此時可以充分發(fā)揮本實用新型輸出頻率精確，穩(wěn)定的優(yōu)點。
本實用新型所述的射頻控制與放大器將頻率綜合器輸出的波形進行預放大，濾波，幅度 控制，和末級功率放大然后輸出驅(qū)動聲光器件，并且提供了模擬幅度調(diào)制的功能。
本實用新型所述的電源管理模塊將外界的電源進行整流，提供給其他各個單元器件。
本實用新型所提供的DDS聲光驅(qū)動器的機理是直接使用全數(shù)字的方式直接合成所需的 頻率和幅度的波形。頻率綜合器對從邏輯控制器傳來的頻率數(shù)進行計算，算出每個時鐘周期 需要增加的相位，再通過相位累加計算出下一個時鐘周期需要輸出的相位。然后通過儲存在 芯片內(nèi)部的相位一振幅關(guān)系函數(shù)，計算出該時刻應該輸出的幅度，經(jīng)過低通濾波器平滑處理， 即可輸出需要的頻率和幅度的波形。然后將該波形放大，控制幅度，輸出去驅(qū)動聲光器件。 該發(fā)明改善了輸出驅(qū)動信號的頻率精確性，穩(wěn)定性和分辨率，并且使得驅(qū)動信號頻率轉(zhuǎn)換速 度快；數(shù)字控制，不需要外加模擬電壓，使用靈活方便，便于同數(shù)字工控設備協(xié)同工作；采 用大規(guī)模集成電路，可靠性高，升級方便。十分適合工業(yè)、科研使用。
本實用新型所提供的DDS聲光驅(qū)動器的驅(qū)動頻帶寬，輸出從直流一直到160MHz，適用 于高頻，射頻波段，各種聲光器件和超聲器件。頻率精度、分辨率都很高，均可達到lHz。 頻率穩(wěn)定性好，在使用原子鐘的情況下阿倫方差達到IO'11。頻率轉(zhuǎn)換速度快，為微秒級。波 形畸變失真小，頻譜純度高，諧波、雜散低于-20dB?？刂旗`活方便，擁有簡潔明了的人機交 互界面以及完善的控制端口。整體采用大規(guī)模集成電路，模塊化設計，可靠性高，升級、維 修方便。包含在線編程(ISP)功能，用戶可以方便地實現(xiàn)軟件升級，并且可以方便地開發(fā)適 用于各種應用的控制軟件。


附圖1是DDS聲光驅(qū)動器結(jié)構(gòu)連接關(guān)系示意圖附圖2是邏輯控制器結(jié)構(gòu)及連接關(guān)系示意圖
圖中1-頻率綜合器、2-邏輯控制器、3-參考時鐘、4-射頻控制與放大器、5-電源管理模 塊、6-單片機、7-記憶體，8-監(jiān)控芯片，9-控制鍵，10-液晶顯示屏，11-可編程數(shù)字控制端口 輸入、12-外部通用串行端口， 13-在線編程接口具體實施方式
實施實例1:
參見附圖l，頻率綜合器1通過DDS技術(shù)直接數(shù)字合成所需頻率和幅度的波形。采用專 用的DDS芯片AD9951。該芯片為ADI公司產(chǎn)品，48腳TQFP貼片封裝，內(nèi)部時鐘頻率最 高400MHz，集成14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，32比特頻率字，25M的串行接口， 1.8V供電。其2線 串行接口與邏輯控制器2連接；模擬1.8V供電，數(shù)字1.8V供電，輸入輸出3.3V供電，3 路電源分別連接至電源管理模塊5;時鐘輸入引腳，連接至參考時鐘3，通過內(nèi)部鎖相換獲得 400MHz的內(nèi)部時鐘；復位腳連接至一個RC振蕩電路進行開機復位；，所需的波形由輸出腳 輸出，通過微帶線傳輸至射頻控制與放大器4。
所述的邏輯控制器2，參見附圖2，由單片機6，記憶體7，監(jiān)控芯片8，控制鍵9，液晶 顯示屏IO，可編程數(shù)字控制端口輸入ll,外部通用串行端口12，在線編程接口13構(gòu)成。單 片機6選用通用單片機AT89S52，由Atmel公司生產(chǎn)，采用0.18微米制程，最高時鐘頻率 33MHz;包含有4個串行接口， 2個中斷接口和2個計時器，支持在線編程功能。記憶體7， Atmd24C16A，與單片機6連接，當DDS聲光驅(qū)動器關(guān)機或者出現(xiàn)電源異常掉電時，該芯片 可以存儲當前的工作參數(shù)，使得DDS聲光驅(qū)動器重啟之后，恢復至上一次正常工作的狀態(tài)； 監(jiān)控芯片8， MAX708，與單片機6連接，提供自動復位功能和電源電壓監(jiān)控功能；面板上的 控制鍵9與單片機6連接；1602型液晶顯示屏10與單片機6連接，顯示當前工作狀態(tài)；可 編程數(shù)字控制端口輸入11與單片機6連接，用于自動控制DDS聲光驅(qū)動器；外部通用串行 端口 12與單片機6連接，用于電腦與DDS聲光驅(qū)動器通訊和同步；在線編程接口 13與單片 機6連接，用于在線升級DDS聲光驅(qū)動器的軟件。
所述的參考時鐘3為產(chǎn)生基準時鐘信號的單元，提供基準時鐘信號給頻率綜合器1，采 用lOOMHz石英晶體振蕩器，頻率穩(wěn)定度為10-6。
本實用新型所述的射頻控制與放大器4將頻率綜合器1輸出的正弦波進行預放大，濾波， 幅度控制，和末級功率放大，輸出驅(qū)動聲光器件，并且提供了模擬幅度調(diào)制的功能。預放大 使用AG402，輸出使用截止頻率160MHz的LC濾波電路低通濾波，進入衰減器PAS-3作為 幅度控制，最后輸出至CA2833進行末級功率放大，從后面板的射頻輸出端輸出。所述的電源管理模塊5提供各個單元器件的驅(qū)動電源。1.8V和3.3V輸出至頻率綜合器1 和參考時鐘3; 5V輸出至邏輯控制器2; 9V和24V輸出至射頻控制與放大器4。
所有的射頻信號使用1.5mm的同軸電纜或者微帶線傳輸，低頻信號使用排線連接。外殼 使用鋁合金材料。
權(quán)利要求1. 一種基于直接數(shù)字合成DDS技術(shù)的聲光驅(qū)動器，由頻率綜合器(1)、邏輯控制器(2)、參考時鐘(3)、射頻控制與放大器(4)和電源管理模塊(5)構(gòu)成，其特征是所述的邏輯控制器(2)與頻率綜合器(1)連接，基于邏輯控制器(2)的單片機(6)，與控制鍵(9)、可編程數(shù)字控制端口(11)和液晶顯示屏(10)連接，在邏輯控制器(2)的控制下，頻率綜合器(1)輸出頻率和幅度的波形，提供液晶顯示屏顯示工作狀態(tài)；所述的參考時鐘(3)與頻率綜合器(1)連接，提供基準時鐘信號給頻率綜合器(1)；所述的射頻控制與放大器(4)與頻率綜合器(1)連接，將頻率綜合器(1)所產(chǎn)生的高頻信號進行預放大、濾波、幅度控制、末級功率放大；所述的電源管理模塊(5)將電源連接到各個單元器件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于直接數(shù)字合成技術(shù)的聲光驅(qū)動器，其特征是所述頻率綜合器(I) .采用專用DDS芯片為AD9951， 48腳TQFP貼片封裝，內(nèi)部時鐘頻率最高400MHz，集成14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，32比特頻率字，25M的串行接口， 1.8V供電；通過芯片的接線腳構(gòu)成2線串行端口與邏輯控制器(2)連接；通過芯片的時鐘輸入引腳連接參考時鐘G)，通過內(nèi)部鎖相換獲得400MHz的內(nèi)部時鐘；通過芯片的波形輸出腳連接射頻控制與放大器(4)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于直接數(shù)字合成技術(shù)的聲光驅(qū)動器，其特征是所述的邏輯控制器(2)由單片機(6)、記憶體(7)、監(jiān)控芯片(8)、控制鍵(9)、液晶顯示屏(10)、可編程數(shù)字控制端口輸入(11)、外部通用串行端口 (12)、在線編程接口 (13)組成；記憶體(7)、監(jiān)控芯片(8)、控制鍵(9)、液晶顯示屏(10)、可編程數(shù)字控制端口輸入(II) 、外部通用串行端口 (12)、在線編程接口 (13)分別與單片機(6)直接連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于直接數(shù)字合成技術(shù)的聲光驅(qū)動器，其特征是單片機(6)選用通用單片機AT89S52，由Atmel公司生產(chǎn)，采用0.18微米制程，最高時鐘頻率33MHz;包含有4個串行接口， 2個中斷接口和2個計時器；記憶體(7)選用Atmel24C16A，與單片機(6)連接；監(jiān)控芯片(8)選用MAX708，與單片機(6)連接。
專利摘要一種基于直接數(shù)字合成(DDS)技術(shù)的聲光驅(qū)動器，由頻率綜合器(1)、邏輯控制器(2)、參考時鐘(3)、射頻控制與放大器(4)和電源管理模塊(5)構(gòu)成邏輯控制器與頻率綜合器連接，在邏輯控制器的控制下，頻率綜合器輸出頻率和幅度的波形，提供液晶顯示屏顯示工作狀態(tài)；參考時鐘與頻率綜合器連接，提供基準時鐘信號給頻率綜合器；射頻控制與放大器與頻率綜合器連接，將頻率綜合器所產(chǎn)生的高頻信號進行放大后輸出；電源管理模塊將電源連接到各個單元器件。具有驅(qū)動頻帶寬、頻率精度高、分辨率高，頻率穩(wěn)定性好，適用于高頻，射頻波段，各種聲光器件和超聲器件。
文檔編號H03L7/00GK201266922SQ20082016340
公開日2009年7月1日 申請日期2008年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月26日
發(fā)明者璋 張, 強 林 申請人:浙江大學