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基于AD9851的高频高压脉冲发生器设计

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基于AD9851的高频高压脉冲发生器设计 遮进应置⋯Q 墨 g 墨叁 墨 基于A D 9 8 5 1的 高频高压脉冲发生器设计 Design of High Frequency and Pressure Pulse Generator Based on AD9851 引言 当前脉冲 发生器里的脉冲形成 器件 ,大部 分是用火花气 隙 (spark gap)和高压 电子 开关 (high voltage switch)。采用火花气 隙充 当脉冲形 成器 件有很 多弊病 :(1)火花气 隙在 低 于 lkV时,在机械和 电气 上...

基于AD9851的高频高压脉冲发生器设计
遮进应置⋯Q 墨 g 墨叁 墨 基于A D 9 8 5 1的 高频高压脉冲发生器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 Design of High Frequency and Pressure Pulse Generator Based on AD9851 引言 当前脉冲 发生器里的脉冲形成 器件 ,大部 分是用火花气 隙 (spark gap)和高压 电子 开关 (high voltage switch)。采用火花气 隙充 当脉冲形 成器 件有很 多弊病 :(1)火花气 隙在 低 于 lkV时,在机械和 电气 上不稳 定,所 以对低 于 2kV的试验 电压要 通过 分压器来得到 。(2)脉冲群 中单 个脉冲 的重复频率实 际值 为 10kHz 到 100KHz,然而 广泛调查 的结果 表 明,采用 固定调 节火花气 隙的发 生 参考时钟 ● 中南大学 信息科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 肖珊 鲁五一 器难 以再现这种较 高的重 复频率 。 随着脉冲 形成器件的更新 ,特别是 高速高压 电子开关的选用 ,把脉冲 重复频率提 高到 5kHz和 100kHz是 理所当然 的事情 。而采用 直接数字 合成芯 片(DDS)实现脉冲,其单个脉 冲 频率能达 10MHz甚至更 高,脉 冲 重复频率也可达 100KHz以上 ,还 可 以在线更 改单个脉冲宽度及脉冲重 复频 率,并且信 号非常稳定 。这 一 改变 ,对提 高脉冲 发生器工作 的稳 定性,提高脉冲频率起到了关键作用。 主复位 频率 刷 新 寄存器 复位 字输入 时钟 6倍频乘法器 J高速DDS 32bits控制字 T T 相位控制字 频率/相位控制寄存器 数据输入寄存器 模似信 号输出 + 串行 并行 输入 输入 图 1 AD9851内部结构 L 一一⋯“⋯嗍 m 模似输出 频率输出 AD9851白勺功乌皂及控 翩方式 AD9851是 AD公 司采用先进 的 DDS技术生产 的高集成度 DDS器 件 。它 的 内部有 高速 、高性 能的 D/ A转 换器和高速 比较器 ,可 作为全 数字编程控制 的频率合成器和时钟 发生器 。外接参考频 率源时 ,AD9851 可 以产 生一个频谱纯净 ,频率和 相 位都可 以控制而且稳 定性非常高的 模拟正弦波 。这个 正弦波可 以直接 作为基准信 号源 ,或通过其 内部的 高速比较器转 换成为方波输 出,作 为灵敏 的时钟 产生器 。其 系统功能 原理框 图如 图 1所示 。 AD9851的主要特 性有 : (1)允许最高 输入时钟 180MHz, 同时提供可选 择的片 内6倍频乘法 器 。 (2)内置高性 能的 10b数模转 换 器 。 (3)内含 一个 高速 比较 器。 (4)具有简 单的控制接 口,允 许 串/并行异 步输入控制 字。 (5)采用 32b频率控制 字。 (6)内部使用 5b相位调制 字 。 维普资讯 http://www.cqvip.com 设计应用 Des-an&A DD1.Ca№ns (7)上作电压 2.7~5.25V。 (8)可以工作在掉 电方式。 (9)采用极小的28脚贴片式封装。 AD9851内部有5个输入寄存器 , 储存来 自外部数据总线 的 32位频 率控制字 ,5位相位控 制字 ,一位 6 倍参考时钟倍 乘器使能控 制 ,⋯位 电源休眠功能(powerdown)控制和一 位 逻辑 0。寄存器接 收数据 的方式 有 并行和 串行两种 方式 。并行 方式 通过 8位数据总线DO~D7来完成 全部 4O位 控制数据 的输入 。复位 信号RESET有效会使输入数据地址 指针指向第一个输入寄存器 ,W_CU< 上升沿写入第 一组 8位 数据 ,并把 指针指向下一 个输入寄存器 ,连续 5个 W—Cu<卜升沿后 ,即完 成全部 4O位控制 数据 的输入 ,此后 W_CLK 信 号的边沿无 效。当 FQ—UD上升沿 到来之 际 4O位数据 会从输入寄存 器被 写入频 率和相位控 制 寄存 器 , 更新 DDS的输 出频率和相位 ,同时 把地址指针 复位到第 一个输入寄存 器,等待着下一组新数据的写入。串 行方式 W—CU<上升沿把引脚 D7上 的数据按位 串行移入到输入寄存器 , 4O位输入结束后 ,任何 W_CLK上 升 沿到来都会造成数据顺序 移出并导 致原来数据无效 ,此时 FQ—UD端 的 上升脉冲就可以使 4O位数据更新 芯 片的输出频率和相位 。 硬件接口 AD9851的数据线可直接与多种 类 型单片机相连 ,本 系统 的微处 理 控制 器选用 的是 AT89S52,它是 美 国Atmel公司生产新一代的51芯片, 采用Atmel非易失存储器制造技术 , 将功 能提升 ,增加 了竞争力。89CXX 与 89SXX指令集和输出管脚可 以兼 容 。89S52内置 8K闪存 ,256字节 RAM,是一种 高效微控 制器,为 很多 控制 系统提供 了一种有效 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。更 重要的是 AT89Sxx支持在线编程, 非常方 便。图2是系统硬 件整体结 构 。 键盘 单片机 AT89S52 P2 1 H 图2系统硬件结构图 D0.D7 JOUT 外部时 系 笼二 峙i 早 图 2中 ,AT89S52的引脚P1.0~ P1l7作 为 AD9851的并/串行数据输 入端 口,连接 AD9851的 DO ~ D7 脚 。P2.1、P2.0作为 l/0口输 出数据 对 AD9851的W_CLK、FQ—UD进行控 制 。在本设计 中采用 了并行置数 的 方式,对 DDS的置数用单片机 89S52 完成 。外部 时钟源选 用 2OM有源晶 振 ,能保证 DDS输 出信号 的频率 稳 定性和精度 。 给整个 系统上 电后 ,单片机 首 先对 DDS、LCD等进行初 始化,预 置 完毕后 向单片机发 出应答 ,接着单 片机读取 内部数据 存储器 中作为 系 统缓存 器的数据 ,把 DDS的频率数 据先转 换成 BCD码送 到 LCD显示 , 延 时一 段 时 间后启 动 DDS 芯片 , AD9851输 出相应 频率 的频 谱纯 净 的正弦信 号。输 出经外部无源低通 滤波 后,由引脚VINP进入AD9851内 部高速 比较器 ,最后 由引脚 VOUTP 输 出得到稳定性好 的方波。然后进 入键 盘扫描程序 ,判断 是否有按键 按下 ,如 有按键 按下单片机 则执行 停止动作、送显示 、或改变输 出信号 L ⋯⋯ ⋯⋯ 。m 频率控制字的值等操作。该系统输 出信 号稳定性 、精度 都相当高 。 由于 AD9851是贴片式 的,体积 带通滤波 弦 波 号 1 . .. . . .. . .. . . .. . . .. . .. . . .. . .. . . .. . . 信号放大 单元 高频高 非 常小,引脚排列 比较密 。在其 外 围采用 了电源 、输入、输出 以及数据 线 的 保护 电路 。为 了不 受 外 界干 扰,添加了不少滤波电路,使整个电 路完善 。 带通滤渡器 。F j 在DDS的输出端设计 了一个专 门 的滤 波器 来滤 除 杂 散 。普 通 的 DDS输 出滤波 器一般 是用一 个低通 滤波器 。而实 际的 DDS杂散信 号并 不仅存 在于 比主频 点高的频 带 内, 而往 往 是 在全 频 带 范 围里 面都 存 在 。所 以在 本设计 中使用 带通滤波 器作为 DDS的输 出滤波器 。在带通 滤波器 中有切 比雪夫、椭圆滤波器 、 巴特 沃斯 滤 波器 等 滤 波器 可 供选 择 。其 中 ,巴特沃斯 滤波器通带 内 的波动较小,但带外抑制也 比较小 , 且矩形 系数较 差 ,因此不太适 合作 为 AD9851输 出滤波器使 用。切 比 雪夫滤波器 的带外抑制很好 ,但 是 其矩形系数不 高,在通带 附近 的衰 减 不是足够大 ,同时通带 内的纹 波 比较 大 ,所 以也不太适 合作为 DDS 输 出滤波器使用 。椭 圆滤波器是这 三种 中用相 同阶数能够得 到最好矩 州 维普资讯 http://www.cqvip.com Des.an&ApD c¨a№ ns {l殳_i: 形系数 ,5阶椭 圆滤波器 住通带 附 近 的频点可 以得到 40dB 的带外抑 制 ,很适 合将杂散信 号滤 除。 此 滤波器 设 计中采 用 了椭 圆滤波 器, 以确保输 出频率信号应有 的频谱纯 度 。 为保证电路能安全可靠地 l:作, 防 I}:模拟和数 寸:电路 之问 的 卜扰 , 需要采取 隔离 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。在 AD9851的 电路部 分中,数字信 号传入模拟部 分对输 信 号的 扰可 以通过数字 信 LJ线 引入 AD9851,这部分 t扰 【f1 的高频信号会对输 产牛严重的影 响,用 89S51输 人时,数宁信 号的变 化频 率一般在 300KHz以 内,所 以对 这些信 弓‘呵以用低通滤波器 的方式 滤除,在本设计中的AD9851和 89S51 的连接线 上都加装 了一个 一阶 RC 滤波器 。数字信 号对 模拟部 分 f扰 的另 一个重要 的途径是通过 电源和 地 串入模拟部分 ,从 电源引人 的 f 扰将 严重影响输 ⋯频 谱的纯度 ,在 最后 的 DAC中,电源 的剧 期纹波将 被调制到输 出的频谱 中,使输 出信 号成为载频调制 上噪声信号 。在 电 路 设计 中必须极力避免从 电源线和 地 中引入干扰信 号,存AD9851的电 源 中必须将模 拟地和 数亨地 分丌, 模拟 电源 和数宁 电源完全 隔开 ,且 为模拟部 分提 供低噪声 的电源 。囚 此将 DDS模拟部 分的+5V供 电和数 字部分的 +5V供 电完 伞隔离 ,也让 数字地 和模拟地 隔离开 。 信号经滤波和三极管射极 随 送至 高速 光耦,然后经 由高压运放 放大至 250V,考 虑到信 号的放 大部 分 电压较高约 为 260V,而且信 号发 生部分还需要和计算机接 口,为保 证 电路 能安全 可靠地 工作,在信 号 发生单元和放大单元 间加入 了 一级 信 号 隔离 单元。该 单 元 使用 一片 6N137高速 光耦 作信 号传递 元件 , 其隔离电胜 为3kV,频 率存 10MHz以 , 每个芯片仪提供一个隔离通道 。 该单儿采』}J PA85系列 高压 运 放 。这种芯片 可以在 225V正 负电 源 内T作 ,输 出电流可达 200mA。 该芯片在使用上与普通运放基本没 有差别 ,但其截 I 频 率高,高频特性 好 ,增 益人 ,1MHz处 的增益 带宽积 为 100MHz。 由T-AD9851得 到的信 号频率很 高,日.电压幅值很小,只有 毫伏级 ,为保 证能放大信号幅值接 近 电源 电 ,所以先 由共发一共基组 合 电路将小信 号电压放大到 12 ~ 15V,然后 将这 个放 大 的信号送 到 PA85高压 运放单厄 。PA85通 过外 接两枚 电阻对输 m 电流加 以限制 , 实现 对 电路 的保护作用 。输 出信号 的幅度可 以方便地通过改变运放 的 增益 系数实现调节 。 由 PA85放大到 200V左右 的高 频振荡信号,经高 开关 ,通过 电容 充放 电得 到要求的输 出电压 。 系统外 设扩 展了 一个 4x4的键 盘实现频 率值 的设 置与存线 修改 , 以实现 同频率 的高频信号 。系统 中的DM一162带有背光 的液 晶模块, 它是字符 液晶模块 ,足 5x7点阵 图形显示 字符的液晶 显示 器,它 显 示的容 量为2行 16个字 ,具 有简单 而功能较强 的指 令集,可实现字 符 移动/闪烁 等功能 。同 MCU町采J【}j 8位并行 传输 或 4位 并行传输两种 方式 。其 微功耗 、体积小 、显示 内容 丰富 、超薄轻巧 的诸 多优点,在仪 表 、仪器和低 功耗应用系统 中得到 越 来越 广泛 的 用 。 软件编程 软什编 主要是根据AD9851的 控 制字方式 ,把 具有不同功 能的控 制字 写入到芯 片内部。本系统采 用 并行输入方式,软件 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图如图3示 。 (上电开始 ) I 系统初始化 l I — — — — 一 由数字键设频率初值 1r 频率数据转换为 BCD 码并送LCD显示 1r 使能 AD9851读 入 40位控制字 f 输出信号 f ”-图 3软件流程 系统上电后先对AD9851及微处 理器 AT89S52进 行初始化 ,然后通 过键盘输入 需要信号 的频 率,送入 内存 并将 其转换为BCD码送到LCD 显示 ,延 时 一 小 段 时 间,通 过 将 89S52的P2 1口置位 ,使AD9851的 写装 入信 号端 W—CLK有 效 ,连续 5 个W—CLK上升沿后 ,即完成全部 40 位控 制数据 的输入 ,然后 将 89S52 的P2 0口置位 ,即频 率更新控 制信 号端 FQ—UD有效 ,40位数据 会从 输 入 寄存 器 被 写入 频 率 和相 位控 制 寄存器 ,更 新DDS的输 出频 率和 相位 ,同时把地址指 针 复位到第一 个输 入寄存 器,等待 着下一 组新数 据 的写入 。 结束语 DDS芯片应用简单,集成度 高, 体积小,相对带宽较宽,频率切换时 间短,相位连续 性好 ,相位噪声 比较 低。通过合理选用 DDS芯片,采用 必要措施 设计其相关辅助 电路来实 现高频高压脉冲发生器,提高了脉冲 发生器工作的稳定性,对脉冲频率值 的提高及在线 调节脉冲 宽度 与重复 频率等起到 了关键的作用 。衄 世界电子元器件 2006.6 w ,^.gecmag.corn 维普资讯 http://www.cqvip.com
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