开源一款DDS信号发生扩展板-FreakStudio多米诺系列

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摘要

信号发生扩展板通过SPI接口生成可调频率和幅度的正弦波、方波和三角波，频率小于1MHz。支持幅度调节，提供原始和6倍放大输出接口。配备5阶低通滤波器、噪声抑制功能，优化信号稳定性。

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信号发生扩展板

1.总体介绍

信号发生扩展板是一种用于产生可调频率和幅度的不同波形的扩展板，具有以下主要特点：

• 小尺寸设计：可以与XIAO系列主控板直接连接，也可以作为独立模块使用；使用IPEX1接口作为信号输入和输出，尺寸小。
• SPI接口：提供SPI总线接口进行通信，也可进行堆叠式放置。
• 信号频率和波形：支持输出频率小于1MHz的正弦波、方波和三角波，且无负波形输出。
• 幅度调节：板载数字电位器作为分压器，可通过程序调节信号的幅度。
• 输出接口：提供原始波形输出和6倍同相放大输出接口，并可根据需要连接，增强信号幅度。
• 低通滤波和噪声抑制：配备5阶低通滤波器，截止频率为5.43 MHz，有效减少高频噪声，平滑输出波形。
• 稳定性与噪声过滤：使用补偿电阻优化同相放大器性能，减少寄生效应，且运算放大器供电采用钽电容滤波，平滑电源噪声，确保高频稳定性。
  

2.接口说明

2.1 通信接口

我们提供了一个SPI通信接口，当作为单独模块使用时，通过PH2.0连接线连接主控模块和扩展板，如下图所示：

也可以使用主控板直接插入到扩展板的排母接口上：

多个扩展板也可以通过更改外侧插孔中排针排母方向实现堆叠连接，此种情况主要用于需要更多输入通道进行波形输出，最多可以使用两个扩展板进行堆叠连接，输出两路原始信号波形或两路放大信号波形：

2.2 信号接口

在信号输出部分，我们可以使用不同类型的IPEX连接线与示波器或者其他信号处理模块连接：

3.硬件细节

3.1 稳定供电

在运算放大器部分，我们使用钽电容滤波，帮助平滑电源中的噪声，并稳定运放的工作电压；在芯片供电部分，我们使用了多种不同大小的电容，对高低频噪声进行有效滤除：

3.2 数字调幅

板载数字电位器作为分压器，能够通过程序调节信号的幅度，提供比机械电位器更为精确和稳定的控制，避免了机械磨损和接触不良等问题，提供更高的可靠性和耐用性，同时能够实现自动化控制，便于在复杂的应用中进行精确调节和远程调控：

3.3 信号放大

我们提供了原始波形输出和6倍同相放大输出接口，用户可以根据需要选择连接。为了优化放大器性能，同相放大器采用了补偿电阻设计，能够有效减少寄生电容和寄生电感的影响；同时，该设计控制了输入偏置电流引起的误差，并在一定程度上提升了带宽和相位裕度，从而确保放大器在高频时不会发生饱和或不稳定现象，提供更加稳定和精确的信号输出：

3.4 低通滤波

在信号放大输出端，DDS信号发生扩展板配备了一个5阶低通滤波器，截止频率为5.43 MHz。该滤波器的作用是有效地减少输出信号中的高频噪声，改善信号的质量，从而使得生成的波形在对信号质量要求较高的实验和测试场合能够更好地满足高精度和低噪声的需求：

4.提供代码和使用须知

在使用烧录完程序后的主控板通过扩展板输入或输出信号前，务必确保示波器或其他信号调理模块和信号输出端子接线正确，供电无误：

示例代码包括以下版本：

• MicroPython版本：信号发生扩展板MicroPython示例程序
• Arduino版本：信号发生扩展板Arduino示例程序

5.获取链接

• 获取链接：信号发生扩展板获取链接
• 硬件开源链接：硬件开源资料链接