DDS技術在激光測距中的設計和應用

韓凱　槐宇超

摘要:直接數字頻率合成技術在相位式激光測距中扮演著重要的角色,特別在多尺測尺時作為理想的頻率源來實現頻率精調,是傳統信號發生器無法比及得,本文重點介紹DDS芯片AD9954在激光測距中的應用和設計。

關鍵詞:DDS激光測距AD9954頻率調制

中圖分類號:TN24 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(c)-0082-01

DDS是一種全數字化的頻率合成器,以數控震蕩器的方式產生頻率、相位可控制的正弦波。i數字化技術,。。相位法激光測距中需要兩個頻率進行粗尺和細尺測量,粗尺測量用于測量π的整數倍相位,確定大量程。細尺測量用于測量π的非整數倍部分,用于確定小量程。本文采用DDS技術來解決多頻率精度難題。

1 DDS技術及其原理:

DDS包括D/A轉換器,正弦ROM表,低通濾波器(LPF)以及高速相位累加器。原理為:每來一個時鐘脈沖,加法器將頻率控制數據與累積相位數據相加,把相加后的結果送至相位寄存器,相位寄存器將加法器在上一個時鐘所產生的新相位數據反饋到輸入端。相位累加器進行線性相位累加,當累積滿量時就會產生一次溢出,完成一個周期,這個周期就是DDS合成信號的一個頻率周期,累加器的溢出頻率即為DDS的輸出信號頻率。

DDS的輸出頻率和參考時鐘,相位累加器長度N以及頻率控制字FSW的關系式為:

目前常見的DDS芯片的頻率分辨率在,適用于高精度的測量。尤其對于那些需要特別低的頻率的場合(比如:0.00001Hz)。采用DDS技術可以非常容易的實現且其精度穩定度非常高體積也很小。由于DDS的輸出最大頻率受奈奎斯特抽樣定理限制,所以DDS的最高輸出頻率為,但在實際設計中的DDS系統中,由于輸出濾波器的非理想性,一般輸出信號的最大頻率只能達到參考時鐘頻率的40%左右。

2 AD9954

目前新上市的DDS芯片大多帶有微控制器,設計者只要增加少許外圍器件就可以制作成DDS技術的高質量信號發生器。且它無量程限制,無過渡過程信號相位和幅度真正連續無畸變。其單字節命令可以降低該芯片在待機狀態時的功效,經測定耗電量大約在1.75mw左右。AD9954能輸出頻率大小為160MHz的正弦波,它能使快速頻率變換精度達到0.01Hz和相位精度為0.022°,它由一些高速I/O口,,一個被定義的線性掃描操作模式,一個片上高速頻率測定機(用來在要求平方波輸出的情形下),一個片上晶振和鎖相環電路。它由RAM去提供多種模式的靈活的頻率掃描電路,鎖相環電路提供使用者以多重系統時鐘頻率。AD9954在擴大的工業溫度范圍中也能發揮其特殊功效。

2.1 信號源系統的硬件設計

相位檢測部分的輸入端需要經過混頻,得到一個低頻信號。在其信號源部分需要用兩片AD9954芯片分別產生主振信號和本振信號。其中主振信號還用于對激光二極管的調制。圖1為激光測距系統的信號源的硬件圖。

2.1 激光測距系統信號源硬件圖(如圖2）

2.2 激光測距儀的DDS部分

3 結語

本文對DDS技術的原理和在激光測距中的應用作了詳細描述,指出DDS在測距中的重要地位,介紹了AD9954芯片的設計方案,為整臺測距機設計墊下了基礎。

參考文獻

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