AD9857的原理及其在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

當(dāng)今通信信道正朝著全數(shù)字化方向迅速發(fā)展，數(shù)字化的優(yōu)點(diǎn)是直接處理器控制、高速可編程能力和可配置能力、精密跳頻和微調(diào)、長期穩(wěn)定性、高集成度、縮小電路板尺寸并降低元器件成本。由于DDS芯片的處理速度快，性能優(yōu)越，并集成了D/A轉(zhuǎn)換器和DDS結(jié)構(gòu)，因而獲得了廣泛應(yīng)用。

AD9857的工作原理、特性及其工作原理

AD9857是Analog Devices公司推出的一種單片混合信號(hào)的14位積分?jǐn)?shù)字上行轉(zhuǎn)換器，采樣速率為200MSPS，可產(chǎn)生直流到80MHz的數(shù)字輸出和80dB窄帶的無雜散信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍。

AD9857具有200MHz內(nèi)部時(shí)鐘速度，集成了帶鎖定指示器的4～20倍可編程時(shí)鐘倍頻器，可提供高精度的系統(tǒng)時(shí)鐘，單端或者差分輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘，而且可以輸出數(shù)據(jù)時(shí)鐘;內(nèi)部32位正交DDS，可實(shí)現(xiàn)FSK調(diào)制功能;四種可編程、引腳可選“profile”，具有單引腳節(jié)電模式;14位DDS和DAC和數(shù)據(jù)路徑結(jié)構(gòu)，可接受復(fù)合I/Q輸入數(shù)據(jù);32位頻率控制字，而且控制接口簡單：10MHz串行，并與SPI兼容;具有反轉(zhuǎn)SINC功能，在DAC變換之前恢復(fù)出想得到的信號(hào)包絡(luò);有很好的動(dòng)態(tài)特性：當(dāng)65Hz模擬信號(hào)輸出時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換電路輸出的無雜散動(dòng)態(tài)范圍SFDR大于80dB，并且能夠?qū)?位輸出進(jìn)行幅度控制;電壓為直流3.3V，工作溫度為-40～+85℃。

AD9857按照模擬域到數(shù)字域的Tx路徑來實(shí)現(xiàn)上變頻功能，集成有一個(gè)高速DDS、14位DAC、數(shù)字濾波器、時(shí)鐘倍增器電路和一個(gè)80引腳LQFP封裝的用戶可編程陣列。它接受復(fù)合I/Q輸入數(shù)據(jù)，對(duì)其采樣，積分調(diào)制到一載波信號(hào)，輸出為一頻率捷變模擬調(diào)制載波。此外，利用輸出信號(hào)的鏡像，允許用戶取消模擬上變頻級(jí)，但仍能滿足嚴(yán)格的頻譜掩蔽要求。

由于所有的調(diào)制信號(hào)在理論上都可以分解為同向和正交兩路信號(hào)，所以用正交調(diào)制法可以實(shí)現(xiàn)幾乎所有的調(diào)制方式。因此，AD9857能夠進(jìn)行GMSK、CDMA、OFDM、多種QAM或任何其他復(fù)合調(diào)制。

AD9857的功能結(jié)構(gòu)原理框圖如圖1所示，主要包括輸入數(shù)據(jù)組合、CIC與反CIC濾波器、DDS核心、反SINC濾波器、輸出幅度乘法器以及14位DAC。

工作原理

AD9857接收的是14位并行數(shù)據(jù)，由I/Q交替輸入。AD9857只能完成數(shù)字信號(hào)的正交上變頻調(diào)制，所以數(shù)字信號(hào)的編碼、插值以及脈沖整形等過程就必須在輸入到AD9857之前完成。AD9857將交替輸入的I/Q信號(hào)分成兩路，并且在到達(dá)正交調(diào)制器之前一直保持兩路。

AD9857的內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)SCLK提供了其內(nèi)部所需要的所有時(shí)序。CIC濾波器輸出的I/Q信號(hào)的采樣率與DDS數(shù)字載波的采樣率(即系統(tǒng)時(shí)鐘頻率SYSCLK)相同，因此AD9857輸出的調(diào)制信號(hào)實(shí)際上是采樣率為SYSCLK的數(shù)字信號(hào)。

工作模式

AD9857有三種不同的工作模式以滿足用戶的不同需要：正交調(diào)制模式(默認(rèn))、單頻輸出模式、插值DAC模式。當(dāng)工作在正交調(diào)制模式時(shí)，DDS核心產(chǎn)生正交的本振信號(hào)(即sin/cos信號(hào))到正交調(diào)制器，分別與I/Q信號(hào)相乘之后相加，產(chǎn)生正交調(diào)制信號(hào)。最后通過14位DAC變?yōu)檎徽{(diào)制的模擬信號(hào)輸出。當(dāng)工作在單頻輸出模式時(shí)，AD9857相當(dāng)于一個(gè)頻率發(fā)生器，內(nèi)部DDS核心根據(jù)輸入的頻率控制字產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)。當(dāng)工作在插值DAC模式時(shí)，輸入的14位基帶信號(hào)在經(jīng)過AD9857的處理之后仍然是基帶信號(hào)，并沒有任何的調(diào)制處理。

在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中的應(yīng)用

DDS技術(shù)是一種波形合成技術(shù)，是以參考信號(hào)源的固定時(shí)鐘作為取樣信號(hào)對(duì)所求頻率信號(hào)進(jìn)行相位取樣的，因此合成信號(hào)的頻率穩(wěn)定度由參考源的頻率穩(wěn)定度決定，可以輸出一個(gè)高穩(wěn)定度的信號(hào)。DDS的頻率牽引范圍很寬，理論上是沒有限制的，這一點(diǎn)是PLL頻率合成器無法辦到的。同時(shí)由于DDS是一個(gè)全數(shù)字結(jié)構(gòu)的開環(huán)系統(tǒng)，沒有反饋環(huán)節(jié)，所以頻率合成的轉(zhuǎn)換時(shí)間極短(可達(dá)幾納秒)，特別適合要求高速轉(zhuǎn)換頻率的場合。另外DDS的頻率步進(jìn)可以做到很小(可以小到微赫級(jí))。同時(shí)，DDS的全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成，輸出相位連續(xù)，頻率、相位和幅度均可實(shí)現(xiàn)程控，完全可以采用數(shù)字調(diào)制方式來代替模擬調(diào)制方式。AD9857在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中的應(yīng)用如圖2所示。

該系統(tǒng)采用AD9857的第一種工作模式，即系統(tǒng)默認(rèn)的正交調(diào)制模式來進(jìn)行調(diào)制。如圖中所示，該系統(tǒng)由AD9857波形生成部分，DSP數(shù)字信號(hào)處理器部分和人機(jī)接口單元組成。數(shù)字信號(hào)處理器完成信號(hào)的編碼并根據(jù)人機(jī)接口的輸入形成控制AD9857工作的控制字，然后將編碼后的數(shù)字基帶信號(hào)和控制字輸入AD9857，通過對(duì)DDS芯片AD9857輸入的控制字選擇調(diào)制方式，完成FSK、CDMA、GMSK、OFDM、多種QAM及任何其他復(fù)合調(diào)制，具體調(diào)制方式中的載波和符號(hào)速率也可以通過對(duì)控制寄存器值的改變而隨意改變。

結(jié)束語

直接頻率合成(DDS)是近年來出現(xiàn)的一種頻率合成器的新方法。由于應(yīng)用全數(shù)字的大規(guī)模集成技術(shù)，具有體積小、價(jià)格低、頻率分辨率高、快速換頻、易于智能控制等突出特點(diǎn)，近年來DDS發(fā)展迅速，倍受青睞。AD9857提供符合當(dāng)今高數(shù)據(jù)速率無線通信和寬帶通信系統(tǒng)所要求的直接數(shù)字合成(DDS)和DAC性能，可構(gòu)成適用于蜂窩基站傳輸路徑和其他無線通信的優(yōu)良數(shù)字解決方案。