AD9850 – precyzyjny generator sygnału sin

Ostatnio pojawiła się u mnie potrzeba zbudowania generatora sygnału sinusoidalnego o dużym stopniu precyzji i stabilności generowanej częstotliwości („pływania” w czasie) jak i jej wartości. Po długich poszukiwaniach rozwiązania stanęło na zastosowaniu układu AD9850.

Jest wiele różnych rozwiązań generatorów sygnału sinusoidalnego. Wystarczy wskazać przykładowe rozwiązanie opierające się na wzmacniaczach operacyjnych, jak pokazuje rysunek 1.

Wyjściowa częstotliwość jest uzależniona od wartości zastosowanych rezystorów i kondensatorów. Dla użytych na schemacie wartości, wynik pokazany przez program symulacji LTSpice to 1,3577 kHz, rysunek 2. Aby zmienić częstotliwość na inną, należy zmienić wartości użytych elementów (rezystorów i kondensatorów). W tym rozwiązaniu staje się to bardzo kłopotliwe, gdyż należy zmienić wartości kilku elementów jednocześnie. Drugim, i bardziej istotnym powodem, by zrezygnować z tego rozwiązania jest potrzeba uzyskania ściśle określonej częstotliwości z dokładnością do… 0,001 Hz (tak, jednej tysięcznej Hz).

Jedyną alternatywą jest zastosowanie układów określanych jako generatory DDS (DDS – Direct Digital Synthesis – bezpośrednia synteza cyfrowa).

Układ AD9850

Zasada działania generatorów DDS jest, wbrew pozorom, bardzo prosta. Wyobraźmy sobie układ „napędzany” sygnałem taktującym o określonej częstotliwości. Wewnątrz układu te impulsy są zliczane w odpowiednim liczniku, którego stan adresuje wewnętrzną pamięć stałą z zapisaną cyfrową wartością sygnału wyjściowego (przykładowo jest stablicowana funkcja sin). Teraz wystarczy tę wartość podać na przetwornik cyfrowo-analogowy i uzyskać na wyjściu oczekiwany sygnał analogowy. Aby zmieniać częstotliwość wyjściową wystarczy zmienić częstotliwość sygnału taktującego. Inne „tempo” zliczania (i finalnie pracy przetwornika cyfrowo-analogowego) zmienia częstotliwość sygnału wyjściowego. Wpisanie do takiego układu podzielnika determinuje, co który impuls wejściowy jest zliczany.

Na podobnej zasadzie działa tytułowy AD9850. Układ ten jest przewidziany do współpracy z mikrokontrolerem, który poprzez odpowiednie sygnały sterujące wpisuje do AD9850 odpowiednie dane. Aby zwiększyć jego rozdzielczość niezbędna jest duża częstotliwość sygnału taktującego, gdyż przykładowo żeby stablicować przebieg sin co 1º, konieczne jest 360 próbek, co przekłada się na wymaganą liczbę wejściowych impulsów zegarowych na jeden okres generowanego przebiegu, toteż AD9850 ma wewnątrz powielacz doprowadzonej z zewnątrz częstotliwości taktującej. Jest ona pomnożona przez 232, co w zapisie dziesiętnym wynosi 4 294 967 296 (ponad 4 miliardy).

Przesyłanie danych do układu DDS może odbywać się na dwa sposoby: jako równoległe (w porcjach po 8 bitów) lub jako szeregowe (po jednym bicie). Jest ono synchronizowane sygnałem zegarowym W_CLK.

Układ AD9850 generuje jedynie sygnał sin, jako wyjście komplementarne (IOUT i IOUTB) i jest to wyjście prądowe (by uzyskać użyteczny sygnał napięciowy, który może być dalej przetwarzany, przykładowo przez wzmacniacze operacyjne, wyjścia te należy obciążyć rezystorem do masy).

Moduł z układem AD9850

Sam układ jest produkowany w obudowie SSOP o 28 pinach (z punktu widzenia amatorskiego gęsty raster wyprowadzeń rodzi pewne problemy technologiczne), jednak występuje również w formie modułu zawierającego przedmiotowy układ (fotografia 3), który jest łatwo dostępny w popularnym serwisie aukcyjnym.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w kwietniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 4/2025). Pełną wersję czasopisma znajdziesz pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 4/2025 znajduje się tutaj.

Andrzej Pawluczuk
apawluczuk@vp.pl

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) stałymi Patronami ZE, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać – Postaw kawę za:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – Własna kwota. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dodać dedykację/Wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 3/2025.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (Smash) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.