基于AD9850和AD9854的涡流检测系统信号源设计

　　涡流检测是一种非常重要的无损检测方法,通过对检测线圈的阻抗分析进行机械部件表面缺陷检测,可以实现非接触式的快速探伤。在涡流检测系统设计中,受缺陷影响的信号变化非常微弱,通常在1%~5%左右,一般需要通过正交锁相放大技术实现微弱信号检测[1]。因此在涡流检测系统的信号源设计尤为重要,不但要求频率连续可调、稳定性高,而且要求同频的参考信号作为正交锁相放大器的输入。

　　1　正交锁相放大器原理

　　锁相放大器(Lock-in Amplifier,简称LIA)是一种利用互相关原理实现微弱周期信号的检测[1]。如果待测的微弱周期信号与参考信号的频率相同,锁向放大器进行互相关运算,从而将深埋在大量的非相关噪声中的微弱有用信号检测出来,同时达到抑制干扰的作用。正交锁相放大器是指无论信号和参考的相位差如何,同时输出相位正交的两分量。这样既可以测得信号的幅度,又可测定相位[2],见图1。

　　2　AD9850和AD9854简介

　　AD9850和AD9854是美国AD公司推出的基于DDS(Direct Digital Synthesis,直接数字频率合成)技术高集成度频率合成器[3]。

　　AD9850主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器(DAC)和高速比较器3部分构成,其工作的最高时钟为125 MHz。AD9850包含40 bit频率/相位控制字,其中32 bit用于频率控制,5 bit用于相位控制,1 bit用于掉电控制,2 bit厂方保留工作方式选择位。

　　AD9854的内部构成方式与AD9850类似,其工作的最高时钟为300 MHz。AD9854包含48 bit频率累加器和相位累加器,并具有高性能的正交D/A转换器,可以完成频率调制、相位调制、幅度调制和IQ正交调制等多种功能。AD9854有5种工作模式,分别为Single-Tone(Mode 000),FSK(Mode001),Ramped FSK(Mode 010),Chirp(Mode 011)和BPSK(Mode 100),模式选择可在控制寄存器里进行修改。在这五种工作模式中,Single-Tone模式是最为灵活的一种,也是主复位后的默认模式。通过该模式可以根据需要任意设定输出信号的频率、幅度和相位等特性。

　　芯片AD9850BRS和AD9854AST的各主要性能参数如表1所示：

　　3　电路方案设计

　　根据DDS芯片的参数设置特点,采用单片机作为信号源的控制器,上位机通过串口和控制器进行通信。

　　3.1　控制电路设计

　　AD9850支持的工作电压为+5 V和+3.3 V两种,而AD9854支持工作电压为+3.3 V,因此信号源控制系统统一采用+3.3 V电源工作。控制器选用单片机AT89LS52。

　　AD9850和AD9854都提供了串行SPI和8 bit并行两种配置方式。一般在低速或者系统资源不足的情况下采用串口,采用并行接口配置芯片内部的寄存器参数,配置过程方便、实时,所以采用并行方式配置。