信号发生器：Intel FPGA DDS（NCO）+双路DAC（AD9767）输出正余弦信号

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一、软硬件环境

Quartus18.1
小梅哥AC620开发板+ACM9767模块
示波器

二、ACM9767模块介绍

ACM9767模块使用的是ADI公司的AD9767芯片，14位CMOS 双通道DAC，125Msps转换率。

输出形式为差分电流输出，输出电流满量程范围为可设置为 2~20mA。
AD9767的两路DA输出都为补码形式的电流输出IoutA和IoutB。当AD9767数字输入为满量程时（DAC的输入的14位数据都为高），IoutA输出满量程的电流输出20mA。IoutB输出的电流为0mA。具体的电流和DAC的数据的关系如下公式所示（红色方框圈出来的）：

DAC CODE的值就对应14位数据的输入值（重点：14位无符号数据）
Ioutfs的大小由参考电压和外部电阻决定。

上图所示IREF=1.2V/1.92K=0.625mA，所以Ioutfs=32*0.625=20mA

输入14bit数据之后，产生互补的电流信号，还要经过运算放大器的转换

三、NCO IP设置（DDS）

在Quartus18.1 的IP Catalog搜索NCO


如果此处选择IP默认的选项，如下图所示

在全编译的时候，就会提示FPGA的存储资源不够用，如下图所示，存储器的资源使用率达到了433%


因为AD9767是双通道的，这里就可以设置成两个输出，其中一个是正弦信号一个是余弦信号。

NCO IP的第二页的设置如下所示。

其中工作时钟可以查看AD9767的数据手册得到


由上面两张图分析，AD9767最大支持的频率是142.857MHz（7ns）

四、工程代码

代码部分只由一个PLL IP和NCO IP组成

module top( input clk , input rst_n , //ad9767 ch1 output clk1 , output wrt1 , output [13:0] dac_data1 , //ad9767 ch2 output clk2 , output wrt2 , output [13:0] dac_data2 ); wire clk_125m; wire pll_lock; wire [13:0] dds_sin; wire [13:0] dds_cos; wire dds_vld; pll pll_inst ( .areset ( ~rst_n ), .inclk0 ( clk ), .c0 ( clk_125m ), .locked (pll_lock) ); assign clk1 = clk_125m; assign wrt1 = clk_125m; assign clk2 = clk_125m; assign wrt2 = clk_125m; dds u0 ( .clk (clk_125m ), // clk.clk .reset_n (pll_lock ), // rst.reset_n .clken (pll_lock ), // in.clken .phi_inc_i (524 ), // .phi_inc_i 32'd .fsin_o (dds_sin ), // out.fsin_o .fcos_o (dds_cos ), // .fcos_o .out_valid (dds_vld ) // .out_valid ); assign dac_data1 = { 
   ~dds_sin[13],dds_sin[12:0]}; assign dac_data2 = { 
   ~dds_cos[13],dds_cos[12:0]}; endmodule 

dds IP核的phi_inc_i的输入为524，这个值是在配置NCO IP的时候，IP自动计算的相位增量。此处的计算公式可以自行查找NCO IP核的手册，以及DDS的工作原理。

还有一个问题是，在代码的最后为什么要对最高位取反呢？

assign dac_data1 = { 
   ~dds_sin[13],dds_sin[12:0]}; assign dac_data2 = { 
   ~dds_cos[13],dds_cos[12:0]}; 

这里是因为NCO IP输出的数据是按照原码输出的，最高位为1表示负数，为0表示正数。
我们在前面分析AD9767输出电流的时候分析过，14bit的值全为1的时候输出电流20mA，14bit全为0的时候输出-20mA的电流，分别对应最终的5V电压和-5V电压。
因此NCO 输出的原码与AD9767输出电流的关系就出错了，如果不对此做处理就会导致最终输出的波形出错。

最高位数据取反之后，波形就是正确的。

五、NCO仿真注意事项

使用联合仿真的时候，如果modelsim提示如下错误时。

Error: (vsim-3033) e:/project/ac620_prj/11_dds_dac_ad9767/prj/db/ip/dds/submodules/dds_nco_ii_0.v(328): Instantiation of ‘asj_xnqg’ failed. The design unit was not found.

需要在对NCO IP编译时选择生成仿真文件，并且将对应的.sip和.qip文件添加到工程文件中



添加完NCO的两个文件之后，仿真就能正常进行了

默认转换成波形显示是有符号的数据

可以将最终输出的dac_data1和dac_data2设置成无符号数（AD9767需要的是无符号数据）