失真很大的波形发生器AD9833

 

01 波形发生器

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一、AD9833

  AD9833是一款AnalogDevices公司提供的数字信号可编程信号发生器芯片。 它一般配有外置的主时钟信号，每次时钟信号将将内部28位的相位累加器递增一个相位数值。 该相位数值由芯片SPI串口被外部的MCU设置。 

  相位累加器的高12位选择内部4096个ROM存储器所存储的正弦波信号采样数据， 然后送到后面的10BIT的DAC，最终产生所合成的信号。
  虽说AD9833能够在外部25MHz的主时钟的驱动下， 最高产生12.5MHz的波形，但所产生的正弦波形的失真就很严重了。

▲ 图1.1.1 AD9833 原理图

  例如，如果25Mhz采样的递增相位是2π/5，那么每经过物次采样就加成一个周期的正弦波输出，所以输出的正弦波的频率是25Mhz的五分之一，即5MHz。由于每个周期的正弦波只使用五个采样点表示，所以输出的波形在时间轴上的量化误差比较大，波形失真比较严重。下图是通过示波器采集到的AD9833输出5Mhz的时候信号的波形。 

二、高次谐波

  上述失真正弦波形的频谱，包含了很多高次谐波，通过频谱仪DSA815采集显示它的频谱如下图所示。频谱中除了5MHz的基频信号之外，还有20MHz，30MHz， 45MHz谐波信号。没有10MHz,15MHz,35MHz的频谱。  进一步观察可以看到， 这个合成的信号波形中的频谱只有 25 MHz 的整数倍数 加减 5 MHz。 即序列 5， 20， 30， 45， 55， 70， 80 等等。

  之所以会产生这种特殊分布的谐波， 究其原因还是在于信号采样的结果。 芯片内部实际上是利用 25 MHz 的速率完成对 5 MHz 波形的采样， 然后再进行 DA输出，  因此其中就包含有 5MHz信号频谱被搬移到 25MHz 整数倍数对应的位置。 进而只包含有 25MHz的整数倍数 再加减5MHz的谐波。  随着合成频率的提高， 对应的波形失真更大。

▲ 图1.2.1 不同采样率下合成的波形信号

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● 相关图表链接:

• 图1.1.1 AD9833 原理图
• 图1.2.1 不同采样率下合成的波形信号