Low-Power-DDS-Baustein bis 50 MHz
Der AD 9834 von Analog Devices ist ein vollstandig integrierter, numerisch gesteuerter Oszillator (NCO), der auf einem einzigen CMOS-Chip u. a. einen 28-Bit-Phasenakkumulator, eine Sinuslook-up-Tabelle und einen D-AWandler vereint.
Insgesamt bildet diese Schaltung einen vollstandigen Synthesizer nach dem Prinzip der direkten digitalen Synthese (DDS).
Der Phasenakkumulator des AD 9834 liefert den standig wachsenden Phasenwinkel mit der Frequenz des gewünschten Ausgangssignals. Urn daraus eine verwendbare Ausgangsspannung zu erzeugen, muss die Phaseninformation im nachsten Schritt in den zum Winkel zugehorigen Sinuswert konvertiert werden. Da zu jeder Phaseninformation eine Amplitude gehort, wandelt die ROM-Nachschlagetabelle (LUT = Look up table) die Phasenwinkel direkt in einen digitalen Signalwert urn. Er wird nun noch einem 10-Bit-Digital-Analog-Wandler zugeführt, der an seinem Ausgang eine kontinuierliche Wechselspannung mit der gewanschten Frequenz liefert, die erforderlichenfalls noch geültert werden muss, um Oberschwingungen zu beseitigen.
Der DDS-Baustein AD 9834 benotigt zum Aufbau einer arbeitsfahigen Schaltung lediglich einen einzigen externen Wider-stand und acht Entkopplungskondensatoren, urn sinusformige Ausgangssignale mit Frequenzen bis zu maximal 25 MHz zu erzeugen. Moglich sind Taktraten von maximal 80 MHz, wobei die Betriebsspannung zwischen 2,5 und 5,5 V liegen kann.
Doch der AD 9834 ermoglicht nicht nur die Erzeugung sinusformiger Ausgangssignale, sondern er ist darnber hinaus auch noch fur eine Vielzahl einfacher sowie komplexer Modulationsverfahren eingerichtet, mit denen die synthetisierten Signale moduliert werden konnen. Diese Modulationsverfahren sind vollstandig im digitalen Bereich realisiert und ermoglichen daher die einfache Durchführung selbst komplizierter Modulations-Algorithmen ureter Verwendung von DSP-Techniken. Die entsprechenden Modulationsdaten werden über ein serielles Interface in die zur Modulation vorgesehenen Register eingegeben.
Bild 1: Das Blockdiagramm des AD 9834 zeigt alle auf dem Chip beündlichen Schaltungsgruppen.
Bild 2: Die Pinbelegung des DDS-Bausteins.
Bild 3: Die Umwandlung der vom NCO im Phasenakkumulator erzeugten ansteigenden Phaseninformation, die im Bereich 0 bis 6,28 liegt, wird caber die in der Sinus-ROM-Tabelle gespeicherten Werte in entsprechende digitale Amplitudenworte umgesetzt, die der DAC anschlieliend in eine analoge Ausgangsspannung umwandelt.
Bild 4: Dieser Schaltungsteil zeigt auszugsweise detailliert den eigentlichen numerisch gesteuerten Oszillator mit Phasenakkumulator und D-A-Wandler.
Bild 5: Das Interface zwischen dem DDS-Baustein und einem DSP-Baustein des Typs ADSP 2101 oder ADSP 2103 erfordert nur drei Leitungen.
Das Sinus-ROM kann auch umgangen werden, sodass das digitale Ausgangssignal vom NCO direkt an den D-A-Wandler geschickt wird. In diesem Fall ist das Ausgangsignal nicht mehr sinusformig, sondem eine lineare Up-down-Rampenfunktion, die ür zahlreiche Anwendungen benutzt werden kann.
Der 10-Bit-D-A-Wandler des AD 9834 kann exteme Lasten in einem weiten Impedanzbereich ansteuem. Der maximale Ausgangsstrom des Wandlers kann - entsprechend den jeweiligen Lastanforderungen - über den externen Widerstand RSA, programmiert werden. Der Wandler ist fdr massebezogenen Betrieb konzipiert.
Der digitale Schaltungsteil des DDS-Bausteins wird Ober einen auf dem Chip beündlichen Spannungsregler versorgt, dessen Ausgangsspannung bis auf 2,5 V zurtickgeregelt werden kann. Die analogen und digitalen Schaltungsteile sind voneinander unabhangig und konnen aus verschiedenen Spannungsquellen versorgt werden. EM Power-down-Anschluss erm8glicht die exteme Kontrolle des stromsparenden Betriebs. Zusatzlich konnen Bereiche des Chips, die nicht benutzt werden, in den Power-down-Betrieb geschaltet werden, urn den Strombedarf zu verringem. Beispielsweise lasst sich der D-AWandler-Strom reduzieren, wenn ein Takt-Ausgangssignal erzeugt wird.
Einige wichtige technische Merkmale des AD 9834 im Uberblick:
- Spannungsversorgung 2,5 bis 5,5 V
- maximale Update-Rate des D-A-Wandlers 50 MHz
- Auflosung des D-A-Wandlers 10 Bit
- Clock-Ausgang mit geringem Jitter
- wahlweise sinus- oder dreieckformiges Ausgangssignal
- Rauschabstand des Ausgangssignals min. 50 dB
- serielle Dateneingabe
- Power-down-Option
- schmalbandiger Storabstand min. 72 dB
- Leistungsbedarf 20 mW bei 3 V
- Gehause 20-Pin-TSSOP
- Temperaturbereich -40 bis +85°C
Anwendungen des Bausteins bieten Messgerate, langsame Wobbel-Generatoren, DDS-Abstimmungen oder digitale Modulationsverfahren. Der AD 9834 ist dank seiner eingebauten Modulationsmoglichkeit sowohl für einfache Modulationsverfahren, wie FSK, aber auch für kompliziertere, wie QPSK, eingerichtet. In einer FSK-Anwendung werden die beiden Frequenzregister mit verschiedenen Werten geladen: Eine Frequenz reprasentiert dam Space, die andere Mark. Der digitale Datenstrom wird an den Eingang zur Auswahl der Frequenz gelegt. Er sorgt dafdr, dass die Tragerfrequenz des DDS-Bausteins zwischen diesen beiden Frequenzen hin- and herspringt.
Da der AD 9834 mit zwei Phasenregistern ausgestattet ist, kann er auch PSK ausführen. Dabei wird das Tragersignal in der Phase verschoben, wobei der Betrag der Phasenverschiebung sich aus dem Bitstrom am Modulatoreingang ergibt. Vier Shift-Register ermoglichen das Zusammenarbeiten des AD 9834 mit einem DSP-Baustein, wie z. B. dem ADSP 2101/ADSP 2103.