基于FPGA的任意波形发生器设计+电路图+仿真图(6)
图9 D/A转换输出波形
选择一个D/A转换器，从相对精度、延迟时间、分辨率、建立时间、转换速率等五个方面考虑。一般情况下DDS电路系统的工作频率都很高，所以应选用高速D/A转换器。其次信噪比问题也是值得考虑的，解决办法可以通过增大D/A转换器的位数，这样就可以减小电压幅值量化误差，增大信噪比，这里采用D/A转换芯片THS5651。
THS5651是一个10位分辨率的数字模拟转换器，适合用于数字数据传输的有线和无线通信系统，它是10位CommsDAC系列高速低功耗COMS数字模拟转换器。该系列包括引脚兼容14－、12－、10－和8位DAC。所有设备提供相同的接口选择，小外形封装和引脚。THS5651提供优良的AC和DC性能，同时支持更新率可达100中型项目。THS5651固有的低功耗175mW，确保该设备适用于便携式和低功耗应用，降低全面电流输出降低功耗没有显著降低性能。该器件具有睡眠模式，从而降低了待机功耗约为25mW，从而优化电源消费系统需要。
THS5651芯片边缘触发输入锁存器和一个1.2V温度补偿带隙基准提供一个完整的单片数模转换器解决方案。数字电源范围为3V至5.5V的COMS逻辑系列。允许其最小的数据输入的建立和保持时间，接口与外部逻辑方便。THS5651支持直二进制和三三两两补充输入Word格式，能够实现灵活的接口与数字信号处理器。
THS5651提供一个名义上的全面差分输出电流为20mA和大于300KW的输出阻抗，同时支持单端和差分应用。输出电流可以直接联储向负载(例如外部电阻负载或变压器)，没有额外的外部输出缓冲器需要。准确片上基准和控制放大器允许用户调整这个输出电流20mA到2mA，无显著退化的表现。这不仅降低能源消耗，同时可以提供20dB增益范围控制能力。此外，一个外部参考电压和控制放大器可用于应用程序中，使用的是乘法数模转换器，输出电压范围为1.25V。典型外围电路图如图10所示。
图10 典型外围电路图
3.4 滤波控制模块
在实际操作过程中，DDS信号会掺杂许多输出噪声，其中包括系统时钟的不稳定性，相位舍位、幅度量化所引起的混杂，数模转换的非线性等。所以在FPGA输出波形的外围辅加滤波电路，以实现滤除无用信号和噪声干扰，改善输出波形。
选择不同频率响应的滤波器可以依据相位逼近原则和复杂特性来选取。一般情况下，按照传递函数的不同，低通滤波器可以分为：巴特沃斯滤波器、切比雪夫I型滤波器、切比雪夫II型滤波器和椭圆滤波器。
在阶数相同的条件下，对于相同的通带最大衰减和阻带最小衰减，巴特沃斯滤波器具有单调下降的幅频特性，过渡带最宽，而且过渡带与阻带幅度下降的速度快，总的频率特性与理想低通滤波器的误差小。切比雪夫I型滤波器的振幅特性在通带内具有等波纹的起伏特性，在阻带内单调下降且具有更大的衰减，截止特性好但群延迟特性差。切比雪夫分布II型滤波器的振幅特性在通带内是平滑的且有单调下降的衰减特性，在阻带内具有等波纹起伏特性。巴特沃斯滤波器特别适用于低频应用，其对于文护增益的平坦性来说非常重要。椭圆型滤波器在通带内和阻带内都具有波纹，过渡带是最窄的。其中巴特沃斯和切比雪夫滤波器在大约3/4的通带上非常接近线性相位特性，而椭圆滤波器仅在大约半个通带上就接近了。在相同的幅频响应指标的条件下，椭圆滤波器阶数最低，而巴特沃斯滤波器阶数最高[13,14]。4种滤波器性能比较如图11所示。经过综合比较之后，椭圆滤波器的性能价格比更高，应用更加广泛。因此本文采用一个四阶椭圆型低通滤波器。