DDS技术在激光测距中的设计和应用

韩凯　槐宇超

摘要:直接数字频率合成技术在相位式激光测距中扮演着重要的角色,特别在多尺测尺时作为理想的频率源来实现频率精调,是传统信号发生器无法比及得,本文重点介绍DDS芯片AD9954在激光测距中的应用和设计。

关键词:DDS激光测距AD9954频率调制

中图分类号:TN24 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(c)-0082-01

DDS是一种全数字化的频率合成器,以数控震荡器的方式产生频率、相位可控制的正弦波。i数字化技术,。。相位法激光测距中需要两个频率进行粗尺和细尺测量,粗尺测量用于测量π的整数倍相位,确定大量程。细尺测量用于测量π的非整数倍部分,用于确定小量程。本文采用DDS技术来解决多频率精度难题。

1 DDS技术及其原理:

DDS包括D/A转换器,正弦ROM表,低通滤波器(LPF)以及高速相位累加器。原理为:每来一个时钟脉冲,加法器将频率控制数据与累积相位数据相加,把相加后的结果送至相位寄存器,相位寄存器将加法器在上一个时钟所产生的新相位数据反馈到输入端。相位累加器进行线性相位累加,当累积满量时就会产生一次溢出,完成一个周期,这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期,累加器的溢出频率即为DDS的输出信号频率。

DDS的输出频率和参考时钟,相位累加器长度N以及频率控制字FSW的关系式为:

目前常见的DDS芯片的频率分辨率在,适用于高精度的测量。尤其对于那些需要特别低的频率的场合(比如:0.00001Hz)。采用DDS技术可以非常容易的实现且其精度稳定度非常高体积也很小。由于DDS的输出最大频率受奈奎斯特抽样定理限制,所以DDS的最高输出频率为,但在实际设计中的DDS系统中,由于输出滤波器的非理想性,一般输出信号的最大频率只能达到参考时钟频率的40%左右。

2 AD9954

目前新上市的DDS芯片大多带有微控制器,设计者只要增加少许外围器件就可以制作成DDS技术的高质量信号发生器。且它无量程限制,无过渡过程信号相位和幅度真正连续无畸变。其单字节命令可以降低该芯片在待机状态时的功效,经测定耗电量大约在1.75mw左右。AD9954能输出频率大小为160MHz的正弦波,它能使快速频率变换精度达到0.01Hz和相位精度为0.022°,它由一些高速I/O口,,一个被定义的线性扫描操作模式,一个片上高速频率测定机(用来在要求平方波输出的情形下),一个片上晶振和锁相环电路。它由RAM去提供多种模式的灵活的频率扫描电路,锁相环电路提供使用者以多重系统时钟频率。AD9954在扩大的工业温度范围中也能发挥其特殊功效。

2.1 信号源系统的硬件设计

相位检测部分的输入端需要经过混频,得到一个低频信号。在其信号源部分需要用两片AD9954芯片分别产生主振信号和本振信号。其中主振信号还用于对激光二极管的调制。图1为激光测距系统的信号源的硬件图。

2.1 激光测距系统信号源硬件图(如图2）

2.2 激光测距仪的DDS部分

3 结语

本文对DDS技术的原理和在激光测距中的应用作了详细描述,指出DDS在测距中的重要地位,介绍了AD9954芯片的设计方案,为整台测距机设计垫下了基础。

参考文献

[1] 亚诺半导体网AD9954PDF.

[2] 李琳,张尔扬.直接数字频率合成技术及其应用.电声技术,9/1991.

[3] http://www.P-e-china.comhttp://www.bbs.ednchina.com.

[4] 丁艳.相位法激光测距仪设计及其关键技术研究.【硕士学位论文】.上海:同济大学,2007.