信号发生器：Intel FPGA DDS（NCO）+双路DAC（AD9767）输出正余弦信号_ad9767数据手册

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'd68719477
		.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
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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]};
1
2

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）