10MHz DDS信号发生器/双路可编程直流电压源开源学习平台

本平台设定为10MHz模拟信号输出，如调整输出端电阻、电容的参数可以实现更高频率波形的输出。

平台简介：

  • 能够生成0 - 10MHz的任意波形，包括正弦波、三角波、锯齿波、方波等；
  • 信号幅度+/-1.5V可调，直流偏置+/-1.5V可调；
  • 能够生成双路可调输出电压，电压输出范围+/-4V，电流50mA；
  • 能够输出固定的3.3V、1.5V直流电压；
  • 能够通过UART对板上的参数进行调节。

任意波形发生器直流电源平台

10MHz任意波形发生器/双路可调直流电源平台实物照片

任意波形发生器及可编程直流电源框图

10MHz任意波形发生器/双路可调直流电源平台框图

原理图

任意波形发生器及可编程直流电源原理图

10MHz任意波形发生器/双路可调直流电源平台原理图

10MHz任意波形发生器/双路可调直流电源平台原理图PDF文件下载

R-2R构成的并行DAC

通过PWM产生直流电压

参见pwm_verilog中的详细介绍以及相关的技术文章。

输出信号幅度的调整

由R-2R生成的波形幅度为3.3Vpp，本训练平台为运算放大器提供的直流供电电压是由USB端口输入的+5V和通过电荷泵由+5V产生的-5V电压，由于USB线上的压降以及电荷泵转换机制导致的压降，实际能够稳定供电的电压为+/-4.5V。

我们选用的运算放大器为ADA4851 - 双电压供电、支持轨到轨（Rail to Rail），在本平台上能够保证到的信号输出范围为+/-4V，也即8Vpp。 所以我们可以设定运算放大器的增益设定实现从3.3Vpp到8Vpp的调节(拿到板子的朋友可以通过改动输出放大器的电阻比例进行调整，参照下面的方法)。

为了满足多数场景的应用，我们出厂设置的输出信号的幅度为3Vpp，也即运算放大器的增益调节为3/3.3 ～ 0.91。

电阻的设置为: R36/（1kΩ+R26+R28+R31）= 4.3kΩ/（1kΩ+1kΩ+2.7kΩ+27Ω）= 0.91

R_2R输出幅度调节

R_2R输出信号的幅度和直流偏置调节

直流偏移的调节方法

双路可编程直流电压输出

数据传输协议及参数控制

本板卡支持电子森林制定的开源仪器传输协议

开源DDS平台同上位机的连接框图

需要设置的寄存器定义：

用途寄存器名字位数定义
工作模式Mode8位固定频率/扫频/调制
波形Waveform8位正弦、锯齿波、三角波、方波、其它
频率Freq24位设置输出频率的控制字
幅度Amp8位-1.5V ～ 1.5V，250级变化
直流偏移Offset8位-1.5V ～ 1.5V，250级变化 ～ PWM电压从0.5V ～ 3.0V
直流电压1DCout18位-4V ～ +4V，250级变化，～ PWM电压从0.5V ～ 3.0V
直流电压2DCout28位-4V ～ +4V，250级变化，～ PWM电压从0.5V ～ 3.0V

小脚丫FPGA编程管脚配置（以Lattice XO2-4000HC版本为例）

FPGA管脚 小脚丫FPGA模块的管脚 DAC的数据位
C1 x ClkIn
G13Pin 34DA[9]
G14Pin 33DA[8]
H12Pin 32DA[7]
J13Pin 31DA[6]
J14Pin 30DA[5]
K12Pin 29DA[4]
K14Pin 28DA[3]
K13Pin 27DA[2]
J12Pin 26DA[1]
P3Pin 25DA[0]
M4Pin 24PwmOffset
E12Pin 39PwmDC1
F12Pin 38PwmDC2
N4Pin 23UartTxd
P13Pin 22UartRxd

小脚丫FPGA编程管脚配置（以Intel MAX10M02/08的小脚丫FPGA版本为例）

FPGA管脚 小脚丫FPGA模块的管脚 DAC的数据位
J5 x ClkIn
D7Pin 34DA[9]
B7Pin 33DA[8]
C8Pin 32DA[7]
B8Pin 31DA[6]
D10Pin 30DA[5]
A9Pin 29DA[4]
A11Pin 28DA[3]
A13Pin 27DA[2]
B11Pin 26DA[1]
A14Pin 25DA[0]
B13Pin 24PwmOffset
B4Pin 39PwmDC1
A5Pin 38PwmDC2
B14Pin 23UartTxd
B15Pin 22UartRxd