基于DDS技术的程控双通道正弦PWM脉冲源

　　0　引言

　　碳纳米管微气泡发生器以碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)作为基本加热元件,它以CNT取代热气泡发生器中的金属微加热器,利用CNT中的高密度焦耳热,通过电流和加电时间的控制使它产生的微气泡直径仅为单位μm量级[1]。因此,应用该碳纳米管气泡发生器的微热喷印具有微气泡发生器具精度高、集成密度高的潜在特性。在CNT热喷印系统的研究中,经常需要用不同持续时间的激励信号来对微加热器进行驱动,实现对加热时间进行实验比较。针对该实验研究的需要,提出了一种程控信号源,由计算机控制信号源来校准正弦信号的频率、施加的时间和周期,它必将大大提高器件测试的效率和精度。另外,还集成了温度采集模块,构成从信号发生到测量的系统,为建立自动化的热喷印系统提供了一个有效的平台。

　　1　系统硬件设计

　　1. 1　系统硬件的设计思想

　　系统的设计思想来源于碳纳米管双微加热器独立驱动控制的需要,设计双路独立可程控调频调幅的脉冲源。测温模采集系统温度后,通过串口将温度数据传到PC机中,进后续的温度图像分析,指导器件特性的实验研究。系统采用DDS芯片AD9850为核心设计程控双通道正弦脉冲发生器。AD9850是运用先进的DDS技术并片内集成了高速、高性能的D /A转换电路和比较器的一个可编程频率合成器芯片,采用28脚SSOP表面贴装,工作电压范围为3·3~5 V,功耗低[2]。当有一个精确的时钟源CLKIN作为参考频率源时,写入32位频率控制字Δf,AD9850能产生一个频谱很纯的频率和相位可编程的模拟正弦波输出fout:

　　由于AD9850芯片上有2路DAC互补正弦电流输出Iout和Ioutb,2路电流滤波后作为双通道基准电流,经过RISC单片机AT-mega16L控制的多路模拟开关CD4053, 2路连续的正弦电流转变成脉宽可调制(PWM)的正弦电流脉冲,经幅度放大和功率放大后输出。信号源内阻选择精密电位器,则可以对正弦脉冲进行调幅。基于DDS技术的双通道正弦PWM脉冲源与测温系统主要由DDS芯片AD9850、单片机芯片ATmega16L、多路模拟开关CD4053、宽频运放芯片AD817及单总线数字温度传感器DS18B20等部分组成。其系统框图如图1所示。

　　1. 2　主要技术与性能指标

　　根据微加热器的驱动要求[3],双通道独立的正弦PWM脉冲信号参数主要包括:

　　(1)频率: 1 Hz~1MHz可调,步长1 Hz;

　　(2)幅度: 0~10 V可调;

　　(3)双路PWM脉冲的延迟时间可调,调节步长128μs;

　　(4)每路PWM脉冲宽度可调,调节步长128μs,调节范围0~8·3 s;

　　(5)每路PWM脉冲周期可调(即占空比可调),调节步长32 ms,调节范围0~∞;