基于DDS芯片AD9959的核磁共振頻率源設(shè)計(jì)

1、    基于dds芯片ad9959的核磁共振頻率源設(shè)計(jì)    趙健+李士偉+朱旭東+單淑娟+李云龍+萬文全摘要：電子技術(shù)的快速發(fā)展，使得核磁共振儀器設(shè)計(jì)技術(shù)也得到了快速的發(fā)展。核磁共振頻率源是核磁共振儀器中的關(guān)鍵部件，主要為核磁共振控制臺(tái)系統(tǒng)提供本振頻率，中頻頻率。本文介紹了一款以ad9959為核心的核磁共振頻率源的設(shè)計(jì)，采用了直接頻率合成技術(shù)，核磁共振頻率源系統(tǒng)應(yīng)用在核磁共振分析儀整機(jī)，使儀器各項(xiàng)性能指標(biāo)均得到提升。關(guān)鍵詞：核磁共振 頻率源 ad9959 dds：tn741 ：a ：1007-9416（2014）12-0152-011 引言本文提出一種

2、基于dds芯片ad9959的核磁共振頻率源設(shè)計(jì)，具有較低的相位噪聲、高頻譜純凈度、高穩(wěn)定度、高分辨率等特點(diǎn)，可以應(yīng)用到核磁共振儀器系統(tǒng)。2 總體方案設(shè)計(jì)及原理核磁共振頻率源系統(tǒng)通過雙核微控制器f28m35h52c1控制dds集成電路ad9959，并與上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，可以自動(dòng)調(diào)整信號(hào)的頻率、幅度、相位。ad9959輸出經(jīng)過低通濾波器電路、鎖相環(huán)電路調(diào)理，相位噪聲指標(biāo)得到了顯著提升。由外部恒溫晶振提供給dds的外部頻率，經(jīng)過dds自帶pll電路生成參考頻率。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 直接數(shù)字頻率合成集成電路ad9959ad9959由四個(gè)直接數(shù)字頻率合成器（dds）內(nèi)核構(gòu)成，每個(gè)通道均可

3、提供獨(dú)立的頻率、相位、幅度控制。由于所有通道共享一個(gè)公共系統(tǒng)參考時(shí)鐘，因此它們?yōu)楹舜殴舱窨刂婆_(tái)提供了同步的頻率輸出信號(hào)。外部時(shí)鐘采用25mhz恒溫晶振，經(jīng)過dds內(nèi)部pll倍頻到500mhz，可以實(shí)現(xiàn)單通道最大輸出達(dá)200mhz。每個(gè)dds通道擁有獨(dú)立的32bit頻率分辨率的控制，14bit相位偏移控制及10位dac轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)。頻率，相位及幅度關(guān)系由下面的公式表示：頻率f=fcw*fclk/（f為輸出頻率，fclk為時(shí)鐘頻率，fcw為頻率控制字，n=32）幅度a= acr*vmax/（a為輸出幅度，vmax為最大輸出電壓，acr為幅度控制字，n=10）相位=pow*360/（a為輸出幅

4、度，pow為相位控制字，n=14）ad9959的主要特征如下：（1）4個(gè)獨(dú)立的dds通道，每個(gè)通道能獨(dú)立控制頻率、相位和幅度；（2）具有頻率、相位、幅度線性掃描、調(diào)制功能；（3）32位頻率控制寄存器；（4）14位相位偏移控制寄存器；（5）10位幅度輸出控制寄存器。3.2 雙核微控制器芯片f28m35h52c1本設(shè)計(jì)采用ti公司的雙核微控制器芯片f28m35h52c1為控制核心，控制子系統(tǒng)dsp核通過spi接口控制dds芯片ad9959，主器件子系統(tǒng)arm核通過以太網(wǎng)控制器接口與上位機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)快速通訊傳遞參數(shù)，進(jìn)行核磁共振控制臺(tái)系統(tǒng)射頻頻率調(diào)整與控制。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)核磁共振頻率源系統(tǒng)軟件

5、設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)初始化程序、以太網(wǎng)通訊程序、ad9959控制發(fā)送程序、ad9959通道選擇程序、ad9959時(shí)鐘設(shè)定程序等模塊。5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及應(yīng)用實(shí)例該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室核磁共振分析儀上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，采用安捷倫公司頻譜分析儀n9010a進(jìn)行了相關(guān)測試實(shí)驗(yàn)。以dds輸出的10mhz中頻頻率為例，測試數(shù)據(jù)如表1所示。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，其中頻率穩(wěn)定度，頻率分辨率等指標(biāo)滿足一般的核磁共振分析儀的控制臺(tái)輸入要求，可以應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室儀器的調(diào)試與前期實(shí)驗(yàn)。6 結(jié)語本文從系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)等方面提出了設(shè)計(jì)方法和原理，該系統(tǒng)能夠配套核磁共振控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)基本的中頻輸出和本振輸出功能，各項(xiàng)指標(biāo)基本滿足要求。參考文獻(xiàn)1蔣赟，蔣瑜，陶紅艷，李鯁穎.用于核磁共振的直接數(shù)字合成頻率源j.波譜學(xué)雜志，2001，18（4）：351-355.2曾權(quán).核磁共振波譜儀數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)j.廈門大學(xué)學(xué)報(bào)，199，35（5）：719-724.3寧瑞鵬，徐勤，沈杰，李鯁穎.基于pci總線的全功能數(shù)字化