基于精密DAC的波形生成应用设计分析

相信多数工程师在工作中都使用过示波器和信号发生器，前者作为信号的捕获设备，后者作为信号的产生设备，它们是工程师手中的一对非常实用的工具，其中任意波形信号发生器（AWG）就是常见的设备之一。在模拟信号或者模拟数字混合信号应用领域，任意波形发生器有着非常普遍和广范的应用。比如产生激励信号来模拟某种传感器，例如汽车碰撞实验的复现，或者产生高速模拟信号来测试某种芯片的功能。

从简单的正弦波产生到复杂一点的AM/FM调制信号，再到更加复杂的QAM调制信号等都有着任意波形发生器的应用。本文介绍精密DAC在波形发生器中的关键作用，并提出基于亚德诺半导体公司（ADI）先进的DAC技术的方案选型建议。

波形发生是DAC的几大核心应用之一

波形产生是乘法DAC或Iout DAC的典型应用。一般来说，波形产生是大多数数据采集系统的信号调理级的一部分，乘法DAC为波形产生提供了理想的构建模块。例如，它可用于生成传感器激励的输出波形，在这里，Iout DAC的输出被缓冲，以提供所需的输出响应或波形，缓冲输出架构基于同相增益放大器结构。

VREF引脚处的DAC输入阻抗是固定的，而输出阻抗则与数字码相关。在这种情况下，DAC的输入是直流固定基准输入，DAC用于生成波形。在这里首选Iout DAC，因为它具有快速建立时间和灵活性，支持定制外部缓冲解决方案以实现所需的输出响应。如果将交流信号应用于DAC基准输入，那么可以使用乘法DAC来有效地调理输出信号，在这种情况下，DAC用于控制输入信号的增益，例如，可以产生幅度为输入一半时的输出。对于这种使用情况，总谐波失真和乘法带宽是重要性能的指标。

精密DAC产品系列还提供一些DDS频率合成波形发生器产品，专为小于100 MHz的带宽而设计。这些产品在频域和时域提供数字可编程波形序列，器件包含嵌入式数字处理，可重复扫描，用户可编程频率的曲线，从而增强频率控制。这种器件是可以预编程的，因此，当生成特定波形时，DSP或微控制器无需执行连续写周期。波形从已知相位开始，然后连续递增相位，因此可以轻松确定相移。

基于乘法DAC的波形发生器功能示意图

这些器件提供不同的可编程输出模式，在连续模式和突发模式下均可提供正弦波、方波或三角波等波形。频率曲线由起始频率、频率增量和每次扫描的键递增次数决定，控制引脚可用于直接控制端口的波形曲线，在输入高电平期间存在着输出波形，而在输入低电平期间，输出复位到中间电平。示例应用领域包括相位连续应用，例如手持式无线电，用于射频标签的QPSK，或定制调制。

总而言之，有两类DAC可用于产生波形，即电流输出、乘法DAC或DDS产品。最受欢迎的Iout选择是低噪声、低毛刺的16位产品，其建立时间不到1ms，这些DAC可以产生高达10MHz的频率；另一方面，DDS可以产生高达25 MHz的频率。例如AD5930或 AD9833。 

AD5930是一款支持可编程频率扫描和输出突发功能的波形发生器。这款器件采用支持增强型频率控制的嵌入式数字处理技术，能够生成合成的模拟或数字频率步进波形。采用预先编程的频率配置文件可以避免连续的写周期，从而释放了重要的DSP/微控制器资源。波形从已知相位开始，并可以连续地增加相位，因此能够轻松的确定相移。 

AD5930支持三种工作模式。在连续输出模式下，该器件在定义时长内输出所需频率，然后步入下一频率。针对该器件输出特定频率的时长，可进行预先编程并让器件自动递增该频率，或者通过CTRL引脚进行外部递增。在突发模式下，该器件在一定时长内输出其频率，接着在另一预定义时长内返回到中间电平，然后步入下一频率。在MSB模式下，该器件产生数字输出。 对器件进行编程时，用户需要输入起始频率、频率步进、增量数量，以及器件在各频率点停留的时间间隔。频率配置文件可通过切换CTRL引脚来启动。该器件提供多种不同的扫描方式。频率以三角扫描模式步进来连续上下扫描整个频率范围，或以锯形扫描模式向上扫描，但再次发起扫描之前会返回到初始频率。此外，无需执行任何扫描，也可产生单个频率或突发。 

AD9833是一款低功耗、可编程波形发生器，能够产生正弦波、三角波和方波输出。各种类型的检测、信号激励和时域反射(TDR)应用都需要波形发生器。输出频率和相位可通过软件进行编程，调整简单。无需外部元件。频率寄存器为28位宽，时钟速率为25 MHz时，可以实现0.1 Hz的分辨率；时钟速率为1 MHz时，AD9833可以实现0.004 Hz的分辨率。AD9833通过一个3线串行接口写入数据。该串行接口能够以最高40 MHz的时钟速率工作，并且与DSP和微控制器标准兼容。

AD5930或 AD9833它们能够独立自足地产生可编程频率。精密DAC系列中的DDS产品用于50 MHz以下带宽的情况，对于更大的带宽，请查看高速DAC产品系列。Iout DAC的重要性能指标包括快速建立时间、低噪声和低毛刺等，目的是产生快速响应。如前所述，当用户希望构造定制信号时，Iout DAC最合适，因为这种DAC能够更好地控制波形。这些DAC都是精密器件，生成的波形本质上是低频、低带宽波形。另一方面，DDS非常方便，频率捷变性更高，并提供相位控制，可轻松实现高精度PSK FSK调制。DDS产品的其他优点包括快速采集，而且具有极好的可重复性和可预测性。