基于AD9859的核磁共振频率源的设计-AGC.docx

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基于AD9859的核磁共振频率源的设计

AGC

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论文导读:：核磁共振是研究物质结构的重要技术。是目前设计频率源的一种理想方案。简介。这里设计了一个7阶的低通椭圆滤波器。在设计中将AD8368配置成AGC模式。

论文关键词：核磁共振，频率源，直接数字频率合成，AD9859，低通椭圆滤波器，AGC

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（一）引言

核磁共振是研究物质结构的重要技术，核磁共振谱仪是实现这种研究的主要手段。频率源是核磁共振谱仪和核磁共振成像系统的重要组成部分，主要用来产生样品激发信号或检波的本振信号。现代核磁核磁共振技术要求频率源在输出频段内的频率具有高稳定度、高频谱纯净度、高分辨率和低的噪声等特性并且能够实现频率、相位和幅度的快速调制能力。传统的频率源是利用电子元器件以各种不同的形式组成振荡器，其频率精度和稳定度都不高，而且工艺复杂，分辨率低。直接数字合成技术近年来得到了飞速发展，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一种关键技术。利用DDS技术可以得到高精度的频率，其频率范围宽，相位分辨率高，频率转换时间短，而且体积小、功耗低、可编程，是目前设计频率源的一种理想方案。

（二）DDS原理

DDS是通过对相位的运算进行频率合成的，主要理论依据是时域抽样定理（Nyquist定理），其工作原理是通过累加较高频率信号的相位变化量AGC，已产生给定低频信号的数字化波形。DDS是一种把数字信号通过数模转换器转换成模拟信号的合成技术。DDS的基本结构和各个单元输出波形如图1所示。可以看出，可编程DDS系统由相位累加器、正弦查询表、D/A转换器和低通滤波器组成中国期刊全文数据库。参考时钟为高稳定度的晶体振荡器，其输出用于同步DDS各组成部分的工作。

图1，DDS结构和各个单元输出波形

DDS的具体工作过程为：在时钟的作用下，相位累加器对频率控制字（FrequencyTurningWord，FTW）K进行线性累加，当相位累加器计满量程时就会产生一次溢出，累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。相位累加器输出的相位码送至相幅转换器进行转换，当取不同的频率控制字K时，将导致相位累加器的不同相位增量，这样相幅转换器输出的正弦波的频率不同，从相幅转换器输出的N位幅度转换码经过数模转换器（DAC）变换后得到模拟的阶梯波波电压，阶梯波电压经低通滤波器平滑后即可得到所需要的正弦波信号。

（三）AD9859简介

AD9859是AnalogDevices公司2004年推出的一款高集成度器件，它内部集成了一个10位DAC，最高工作频率高达400MSPS。AD9859采用先进的DDS技术，加之芯片上集成的高速高性能的DAC，构成了一个数字可编程的完成的频率合成器，能够产生高达200MHz的正弦波。在具有快速的频率跳变能力的同时，AD9859还具有很高的频率分辨率，这是由其内部的32位频率控制字保证的。AD9859支持两种串行通信模式：两线数据传输方式和三线数据传输方式。频率转换控制字通过串行I/0口写入到AD9859的内部寄存器中可以实现快速变频。其应用范围包括灵敏的本振频率合成器、可编程时钟发生器、测试和测量仪器以及商业和业余射频激励等。AD9859的内部功能框图如图2所示。

图2，AD9859的内部功能框图

其主要特性如下：

内置400MSPS时钟

内含10位DAC

32位频率转换字

在1KHz频率偏移时相位噪声优于-120dBc

极优的动态特性：在160M输出时有75dB的无杂散动态范围

串行I/O口控制

采用1.8V供电

硬件或软件控制的掉电模式

集成内部振荡器和时钟倍频器

AD9859在参考时钟为400MHz时，其最高输出信号频率可达200MHz，频率分辨率小于0.1Hz，同时由于AD9859集成有内部振荡器和锁相环时钟倍频器，可以用单一的晶振作为系统的参考时钟，简化了系统时钟的设计。因此选用AD9859作为频率源的核心器件。

（四）硬件电路设计

基于DDS的核磁共振频率源是由STC89LE52RC微控制器、DDS芯片AD9859、宽带运算放大器AD9632、低通滤波器和可变增益放大器AD8368几部分构成，其总体框图如图3所示。

图3，频率源总体框图

1.控制接口电路

本设计中使用STC89LE52RC微控制器作为主控制器，它的作用是往AD9859中写入控制字和频率转换字，其电路图如图4所示。STC89LE52RC的P2.0口控制着数据更新，上升沿到来时AD9859更新内部寄存器；在本设计中AGC，单片机和AD9859的通信采用2线数据传输方式，SDIO既作为串行数据的输入口，也作为串行数据的输出口，STC89LE52RC和AD9859之前的数据传递都是通过SDIO完成的；SCLK是I/O操作的串行数据时钟，用P2.2口控制，软件模拟串