基于AD9835的高壓射頻信號(hào)源設(shè)計(jì)
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質(zhì)譜儀等儀器系統(tǒng)中常需要千伏以上的電壓．幾百千赫茲到幾兆赫茲的頻率射頻信號(hào)加到極板上，形成射頻電場(chǎng)．調(diào)制離子束。近年來(lái)，在電子儀表與測(cè)試領(lǐng)域，直接數(shù)字頻率合成DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)技術(shù)逐漸取代了傳統(tǒng)的模擬方式。因此，這里提出一種基于DDS AD9835的高壓射頻信號(hào)源的設(shè)計(jì)方案。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
圖l是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖。單片機(jī)STC89C58控制DDS集成電路AD9835，輸出所期望的頻率正弦波信號(hào)。單片機(jī)還用于控制輸出信號(hào)幅值，檢測(cè)按鍵，控制液晶屏顯示，并與PC通訊接收遠(yuǎn)程指令。AD9835輸出的信號(hào)經(jīng)寬帶放大器uPCI676放大后，送至D／A轉(zhuǎn)換器TLC7524，控制其幅值，TLC7524輸出后經(jīng)射頻運(yùn)算放大器AD829放大，再送入功放，經(jīng)變壓器升壓，最后輸出至負(fù)載。
2．1 頻率發(fā)生模塊
作為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，頻率發(fā)生模塊是由AD9835和單片機(jī)構(gòu)成。其中，AD9835是一款低功耗、可編程波形發(fā)生器，最高時(shí)鐘頻率為50 MHz。當(dāng)AD9835的時(shí)鐘為25 MHz時(shí)，其輸出頻率范圍為DC~12．5 MHz，分辨率是0．005 82 Hz。AD9835控制靈活方便，采用串行方式加載數(shù)據(jù)，只需3根單片機(jī)端口線(xiàn)即可控制。圖2為頻率發(fā)生模塊電路，SCLK、SDATA、FSYNC連接到單片機(jī)，接收控制命令。為了保證性能和抗干擾，最好將數(shù)字電源DVDD和模擬電源AVDD分開(kāi)供電。電路布局時(shí)，電容應(yīng)該盡可能地靠近AD9835放置。由于AD9835輸出信號(hào)太弱，只有1.35 V，必須對(duì)其多級(jí)濾波放大。因此，AD9835輸出先進(jìn)行無(wú)源濾波，然后再通過(guò)寬帶放大器uPC1676將信號(hào)放大到接近5 V。
2．2 幅值調(diào)節(jié)模塊
為了實(shí)現(xiàn)以數(shù)字方式控制輸出幅值，將DDS輸出信號(hào)經(jīng)濾波放大，送入D／A轉(zhuǎn)換器TLC7524，單片機(jī)控制TLC7524實(shí)現(xiàn)幅值調(diào)節(jié)。其中，TLC7524采用直通方式，8位數(shù)字量一旦達(dá)到D7～DO輸入端，便進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)256級(jí)幅值調(diào)節(jié)。TLC7524采用電流工作模式，外接一片運(yùn)算放大器AD829將電流電壓變換為模擬電壓輸出。
2．3 信號(hào)放大模塊
由于D／A轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)幅值小于5 V，需多級(jí)放大，因此選用AD829放大器。AD829是一款低噪、高性能高速運(yùn)算放大器．壓擺率230 V／μs，帶寬750 MHz?！?5 V供電，輸出電壓最大幅值可達(dá)28 VP-P滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。圖3為電壓放大模塊電路，采用反相比例放大，其增益為R9/R12，手動(dòng)調(diào)節(jié)R9調(diào)整電壓輸出幅值，C1電容有效濾除雜波。
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