【DDS】FPGA使用AD9914的PROFILE模式输出正弦波

一、AD9914介绍

官方文档：https://www.analog.com/cn/products/ad9914.html
1、概述

    AD9914是一款带12位DAC的直接数字频率合成器(DDS)。该器件采用先进的DDS技术，连同高速、高性能数模转换器，构成数字可编程的完整高频合成器，能够产生高达1.4 GHz的频率捷变模拟输出正弦波。AD9914具有快速跳频和精密调谐分辨率(64位采用可编程模数模式)。这款器件还实现了快速相位与幅度跳跃功能。频率调谐和控制字通过串行或并行I/O端口载入AD9914。它还支持在用户定义线性扫描模式下工作，可产生频率、相位或幅度的线性扫描波形。AD9914包含一个高速32位并行数据输入端口，可支持极性调制方案的高数据率以及相位、频率和幅度调谐字的快速编程。
2、工作模式
AD9914支持五种工作模式。

• 单频模式
• Profile调制
• 数字斜坡调制（线性扫描）
• 并口数据端口调制模式
• 可编程调制模式

    实际操作时可以同时启用多种模式。因此，这为配置复杂调制方案带来了巨大的灵活性。为避免多数据源驱动同一DDS信号控制参数，AD9914确定了内部优先级协议。
    本文使用Profile模式，通过SIP接口配置AD9914内部寄存器，使AD9914输出指定频率、幅度、相位的正弦波。

若要使能SPI操作，需要将引脚28
(F0)置位为逻辑高电平、引脚29至引脚31(F1至F3)置位为逻辑低电平。

二、I/O端口

源码请私聊(•̤̀ᵕ•̤́๑)ᵒᵏᵎᵎᵎᵎ

I/O端口

(1)输入频率的计算公式为: $$iFrequency=round(2^{32}\frac{输出频率}{参考频率})$$
其中round(x)为四舍五入函数，参考频率由硬件控制。

(2)相位iAmplitude[15:0]计算公式为：$$iAmplitude[15:0]=2\Pi (\frac{相位偏移}{2^{14}})$$其中相位偏移值的单位是弧度。
(3)幅度iAmplitude[27:16]计算公式为：$$AmplitudeScale=\frac{幅度值}{2^{12}}$$其中幅度值以满量程分数表示。

三、时序和仿真

该IP核的工作流程如下所示：

（1）AD9914上电后等待20ms电源稳定，然后拉高oAd9914_rst复位AD9914。

（2）复位完成后需校准DAC，校准方法为先拉高CFR4寄存器的[24]位，等待校准完成后拉低CFR4[24]位。
校准时间计算公式为：$$t=\frac{531840}{参考频率}$$

（3）校准完成后等待触发，然后开始配置AD9914。先配置CFR1寄存器，CFR1_DATA = 32’h00010008。配置内容为：打开正弦使能输出CFR1[24],打开外部省电控制CFR1[3]。

（4）配置CFR2寄存器，CFR2_DATA = 32’h00808000。配置内容为：打开Profile模式使能CFR1[24]（使用Profile调制模式），打开延时匹配使能CFR1[16]。

（5）配置频率调谐字0寄存器，数据为iFrequency[31:0]。

（6）配置相位、幅度寄存器，数据为iAmplitude[31:0]。

（7）配置完成后重新校准DAC，方法和上述一致。

（8）校准完成后等待下一次触发更新频率、幅度、相位。

注：Profile寄存器地址的选择是通过PS[2:0]引脚。
AD9914手册说DAC CAL使能位必须手动设置，并且每次上电以及每次REF CLK或内部系统时钟改变以后需清零。但实际上发现按手册上设置，输出的频率偶尔会有谐波，经过验证在每次配置完Profile寄存器之后再校准一次DAC，谐波消失。

源码请私聊(•̤̀ᵕ•̤́๑)ᵒᵏᵎᵎᵎᵎ ,此外承接各类DDS、高低速AD/DA、高速接口的驱动编写需求。