AD9833信号波形谐波

AD9833产生高频信号的谐波

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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。

下面实验所使用的AD9833外部的主时钟的频率为25Mhz。根据它的工作原理，它是对一个周期的正弦波的数字采样数据（10BIT，4096个数据点）重新按照25Mhz进行采样输出。通过设置每次采样递增的相位，最终决定了输出信号的频率。

^{AD9833原理框图}

例如，如果25Mhz采样的递增相位是2$\pi$/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。

^{采集AD9833产生的5Mhz的波形}
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上述失真正弦波形的频谱，包含了很多高次谐波，通过DSA815采集显示它的频谱如下图所示：

^{AD9833波形的频谱}

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。

将DSA815观察频谱的范围放大到100Mhz，所得到AD9833所产生的5Mhz的频谱如下面动图所示。除了基波频谱之外，它的高斯谐波频率为 $n$ $\cdot$ 25Mhz $\pm 5$Mhz，即序列{20, 30， 45, 55，70,80…}

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试验所使用的电路板是在前面实验过程中制作的， 它们的连接分别是：
1. AD9833数字信号发生器;
2. 使用9833谐波发送调频信号；

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通过数据可以模拟计算出对于正弦波进行每个周期5个采样点所产生的波形数据。随着采集的波形数据减少，波形失真逐步增大。

绘制上述波形的Python代码如下面所示：

#------------------------------------------------------------
SAMPLE_POINTS = 5           # Sample points number per-period

t = linspace(0, 4 * 2 * pi, 200)
sint = sin(t)
sintt = []

step = SAMPLE_POINTS * 4
for i in range(step):
    v = sint[int(i * len(sint) / step)]
    n = len(sint) - int(i * len(sint) / step)
    if i < step - 1:
        if n > int(len(sint) / step):
            n = int(len(sint) / step)
    sintt.extend([v] * n)

plt.plot(t, sint, label='Sinusoid')
plt.plot(t, sintt, label='Undersample')
plt.xlabel('Samples')
plt.ylabel('Amplitude')
plt.grid(True)
plt.legend(loc='upper right')
plt.show()


  

 

  
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如何减少AD9833的波形失真？

下图显示了使用相同的主震荡频率（25Mhz）分别产生从1M~12.5MHz的波形。显示出随着波形频率增加，信号的失真程度增加。

增加采样点的个数，在相同的主频下，所产生的信号的频率就会降低。所以需要根据实际信号的频率范围，合理选择主频率。

^{每个周期采样个数从4个增加到50个，对应的波形失真情况}

文章来源: zhuoqing.blog.csdn.net，作者：卓晴，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

原文链接：zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/104144028