13 Stepien

+++
Projekty AVT
Generator DDS
Dodatkowo
układ wyposażony
jest w wewnętrzny
6-krotny powielacz
częstotliwości taktującej, szybki komparator, który może
służyć do generowania przebiegu
prostokątnego.
Układ może być
programowany w
trybie równoległym
i szeregowym. Wymaga on 40
bitów danych programujących.
Szczegóły dotyczące zastosowań,
programowania i opisu wyprowadzeń można znaleźć na stronie producenta www.analog.com.
Na rysunkach 1 i 2 przedstawiono schematy układu. Jak widać, jest on prosty,
a mimo to ma znakomite parametry. Główną
rolę odgrywa układ IC1 – AD9851. Do jego
poprawnej pracy wymagane jest napięcie 5V
(pobierane ze złącza USB komputera). Układ
taktowany jest generatorem kwarcowym
QG1. Od częstotliwości tego generatora zaleOpis układu
Główny bohater projektu – układ AD9851 ży górna częstotliwość wyjściowa układu. Dla
– to scalony generator sinusoidalny, wykorzy- AD9851 częstotliwość generatora nie powinstujący do generowania przebiegu wyjściowe- na być większa niż 30MHz (z włączonym
go technikę DDS – Direct Digital Synthesis powielaczem częstotliwości). Aby uzyskać na
wyjściu częstotliwości rzędu dziesiątek MHz,
(bezpośrednia cyfrowa synteza).
nie jest wymagane stosowanie generaPodstawowe parametry układu
torów kwarcowym o dużych częstotliMaksymalna częstotliwość taktująca układ: 180MHz wościach wyjściowych. AD9851
Rozdzielczość wyjściowego przetwornika D/A: 10bit
wyposażony jest w wewnętrzny poNapięcie zasilania:
2,7V-5,25V
wielacz częstotliwości, który 6-krotMaksymalny pobór prądu:
130mA
nie zwiększa częstotliwość taktowaMiniaturowa obudowa SSOP28
nia układu.
Prezentowane urządzenie umożliwia generowanie napięcia sinusoidalnie zmiennego
o zmienianej w bardzo szerokim zakresie
częstotliwości 1Hz–75MHz. Umożliwia także
generowanie większych częstotliwości do
170MHz, ale z większymi zniekształceniami.
Zbudowano je na układzie DDS – AD9851.
Dzięki zastosowaniu cyfrowej syntezy sygnału wyjściowego uzyskano zarówno bardzo
dużą stabilność generowanej częstotliwości
(taka jak stabilność zastosowanego generatora
kwarcowego), jak również szeroki zakres
przestrajania. Układ sterowany jest za pośrednictwem portu LPT komputera PC. Umożliwia to łatwe programowanie AD9851, ponieważ ten układ można programować w trybie
zarówno szeregowym, jak i równoległym
8-bitowym. Do ustawiania parametrów sygnału wyjściowego (częstotliwość wyjściowa
i faza) służy napisane w Delphi oprogramowanie (można je ściągnąć z Elportalu). Układ
może służyć jako uniwersalny generator m.cz. i
w.cz., a dzięki dodatkowym funkcjom oprogramowania umożliwia wykonanie wielu pomiarów, np. pasma przenoszenia sprzętu audio itp.
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
Rys. 1 Schemat ideowy
Układ składa się z przejściówki, do której
montowany jest AD9851 i niektóre elementy
schematu aplikacyjnego, oraz płytki, na której
montowana jest pozostała część elementów.
Zastosowanie przejściówki zapewnia wygodę
w lutowaniu AD9851.
Schemat przejściówki przedstawia rysunek 1. Kondensatory C1 i C2 filtrują napięcie
zasilające układ AD9851, a dzięki zamontowaniu ich na płytce przejściówki znacznie
skrócono długość połączeń pomiędzy pinami
zasilania i kondensatorami filtrującymi.
Rezystory R1, R2, R3 służą do dopasowania
impedancyjnego wyjść układu. R1 powinien
mieć wartość 25Ω, ale przy 27Ω układ pracuje poprawnie. R1 i R2 to rezystory SMD
– można dać jeden 50Ω.
Na rysunku 2 przedstawiono schemat
drugiej części układu, odpowiedzialnej za
13
Projekty AVT
połączenie z PC. Gniazdo X1 służy do
połączenia układu z portem LPT. Rezystory R1-R11 chronią port LPT przed uszkodzeniem podczas jakiegoś błędu w montażu. Elementy R13 i R12 pozwalają regulować amplitudę napięcia wyjściowego.
Regulacja jest dość prosta i służy jedynie
do zgrubnego ustawienia napięcia wyjściowego. Elementy R14, C7 pozwalają na
realizację modulacji amplitudy. Składowa
zmienna podawana na złącze JP4 powoduje zmiany napięcia wyjściowego w takt
sygnału podawanego z zewnątrz. Elementy
L1, L2, C4, C5 tworzą filtr dolnoprzepustowy tłumiący wyższe harmoniczne generowane przez AD9851. Bez tych elementów układ potrafił zakłócać odbiór TV. Elementy C6 i złącze oznaczone jako DC/AC
pozwalają na pracę ze składową stałą
(zwarte piny złącza) lub bez składowej stałej (piny rozwarte). Należy pamiętać, że
przy pracy AC i obciążeniu wyjścia układu
małą impedancją kondensator C6 i impedancja obciążenia będą tworzyć filtr górnoprzepustowy, ograniczający amplitudę
sygnału dla najniższych częstotliwości.
Elementy C1, C2, C3 filtrują napięcie zasilające.
Programowanie AD9851
AD9851 może być programowany w trybie
szeregowym i równoległym. W modelu
wykorzystano programowanie równoległe.
Układ wymaga 40 bitów danych, które
określają częstotliwość wyjściową (32
bity), fazę sygnału (5 bitów) oraz rodzaj
pracy układu (3 bity).
Ramka danych wygląda następująco
(zaczerpnięta z noty katalogowej dostępnej na
www.analog.com):
Częstotliwość wyjściową określa wzór:
Data x CLK
Fout =
232
gdzie:
Data – dziesiętna wartość bitów sterujących
częstotliwością,
CLK – częstotliwość taktowania AD9851.
Fazę ustawia się z krokiem 11,25 stopnia.
5 bitów pozwala na ustawienie fazy w zakresie 0–348,75°.
Fazę wyjściową określa wzór:
ϕ = Data x 11,25
gdzie:
Data – dziesiętna wartość bitów sterujących
fazą.
Przykład: chcemy uzyskać częstotliwość
wyjściową 455kHz i fazę 90°, jeżeli taktowa-
14
Rys. 2 Schemat ideowy
Montaż i uruchomienie
nie AD9851 wynosi 120MHz (generator
kwarcowy 20MHz, włączony powielacz).
Dane sterujące powinny zatem wyglądać
następująco:
W1 = 01000001
W2 = 00000000
W3 = 11111000
W4 = 01111001
W5 = 10110100
Dane wprowadzane są synchroniczne
z zegarem taktującym, który generowany jest
na porcie LPT przez program sterujący. Ustawienie nowej częstotliwości następuje podczas dodatniego impulsu na końcówce 8
oznaczonej jako FQ_UD. Więcej na temat
programowania układu można znaleźć
w nocie katalogowej AD9851.
Układ można zmontować na płytkach przedstawionych na rysunkach 3 i 4. Płytki zostały zaprojektowane w programie Eagle. Montaż większej płytki jest klasyczny – lutujemy
elementy od najmniejszych do największych,
kończąc na gnieździe LPT. Jako zasilanie najlepiej zastosować 5V, linia zasilająca dostępna jest na wyjściu portu USB. Montaż przejściówki jest znacznie trudniejszy, a to ze
względu na niewielkie wymiary AD9851.
Płytkę przed przylutowaniem układu należy
dobrze oczyścić, a następnie pokryć pola
lutownicze układu AD9851 kalafonią. Kolejnym krokiem jest ocynowanie wszystkich pól
lutowniczych układu. Kalafonii powinno być
tyle, aby po ocynowaniu została jej jeszcze
niewielka ilość – zapobiegnie ona powstaniu
„zimnych lutów” podczas montażu AD9851.
Następnie ustawiamy układ na polach lutowniczych i lutujemy skrajne wyprowadzenia,
dociskając piny układu do pól lutowniczych
pokrytych cyną – nie stosujemy już dodatkowej cyny. Podobnie dociskamy wszystkie
pozostałe piny. Poprawność przylutowania
układu można sprawdzić omomierzem (zwar-
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
A
M
A
L
Generator można wyposażyć w bufor
wyjściowy – wzmocni on sygnał oraz
zapobiegnie uszkodzeniu generatora
w wyniku np. podania na wyjście
znacznego napięcia. Układ jest dość
prosty i jego parametry powinny wystarczyć w większości przypadków.
Bardziej zaawansowani Czytelnicy mogą wykonać lepszy bufor np. na tranzystorach w.cz.
K
Bufor wyjściowy
E
generator kwarcowy o częstotliwości
28,322MHz. Można zastosować dowolny
inny generator o znanej częstotliwości, nieprzekraczającej 30MHz. Następnie w programie sterującym należy wprowadzić częstotliwość generatora kwarcowego.
Jeśli układ został zmontowany poprawnie,
to można przystąpić do uruchomienia. W tym
celu należy połączyć go z komputerem PC za
pomocą przewodu LPT oraz wpiąć do gniazda USB wtyk zasilający układu. I tu mała
uwaga: wszelkie regulacje w układzie, jak
również podłączanie do komputera PC, należy wykonać przy wyłączonym zasilaniu
PC-ta i układu, aby nie uszkodzić portu LPT.
Układ potrafi się czasem zresetować, jeśli
np. reguluje się amplitudę metalowym śrubokrętem lub podłącza źródło sygnału do
modulacji AM, dlatego podczas podłączania
i wszelkich regulacji warto układ wyłączyć.
Jeśli został on już podłączony, można uruchomić na pececie program sterujący.
W okienku konfiguracyjnym wybieramy typ
układu, czyli AD9851, oraz wpisujemy częstotliwość zastosowanego generatora kwarcowego – od tego zależy, czy częstotliwość
wyjściowa układu będzie odpowiadała
temu, co wpisaliśmy w programie. Jeśli
wszystko działa poprawnie, to generator jest gotowy do pracy.
R
cie między pinem AD9851 a wyprowadzeniem przejściówki). Podczas montażu przyda
się pęseta, lupa oraz odsysacz cyny. Jeżeli
układ jest przylutowany poprawnie, to można
przystąpić do montażu pozostałych elementów przejściówki. Przejściówkę można przylutować do drugiej płytki za pomocą goldpinów, ale lepszym rozwiązaniem będzie
wykonanie połączenia za pomocą połówek
podstawki
DIP28, które należy
przylutować od strony elementów do
płytki przejściówki.
Można wtedy, w razie
uszkodzenia, łatwo
wymienić
przejściówkę. Cewki L1
i L2 należy wykonać
samemu. Obie cewki
nawinięto na średnicy
Rys. 3 Schemat
6mm drutem DNE
montażowy
0,6mm. L1 ma 3 zwoje a L2 – 4 zwoje. W
Rys. 4 Schemat
modelu zastosowano
montażowy
Ciąg dalszy na stronie 19.
Rys. 5 Schemat ideowy bufora
E l e k t ro n i k a d l a Ws z y s t k i c h
15