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

引言

當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的14位積分數(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窄帶的無雜散信號動態(tài)范圍。

AD9857具有200MHz內(nèi)部時鐘速度，集成了帶鎖定指示器的4～20倍可編程時鐘倍頻器，可提供高精度的系統(tǒng)時鐘，單端或者差分輸入?yún)⒖紩r鐘，而且可以輸出數(shù)據(jù)時鐘;內(nèi)部32位正交DDS，可實現(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變換之前恢復出想得到的信號包絡;有很好的動態(tài)特性：當65Hz模擬信號輸出時，D/A轉(zhuǎn)換電路輸出的無雜散動態(tài)范圍SFDR大于80dB，并且能夠?qū)?位輸出進行幅度控制;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路徑來實現(xiàn)上變頻功能，集成有一個高速DDS、14位DAC、數(shù)字濾波器、時鐘倍增器電路和一個80引腳LQFP封裝的用戶可編程陣列。它接受復合I/Q輸入數(shù)據(jù)，對其采樣，積分調(diào)制到一載波信號，輸出為一頻率捷變模擬調(diào)制載波。此外，利用輸出信號的鏡像，允許用戶取消模擬上變頻級，但仍能滿足嚴格的頻譜掩蔽要求。

由于所有的調(diào)制信號在理論上都可以分解為同向和正交兩路信號，所以用正交調(diào)制法可以實現(xiàn)幾乎所有的調(diào)制方式。因此，AD9857能夠進行GMSK、CDMA、OFDM、多種QAM或任何其他復合調(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)字信號的正交上變頻調(diào)制，所以數(shù)字信號的編碼、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信號分成兩路，并且在到達正交調(diào)制器之前一直保持兩路。

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

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)、單頻輸出模式、插值DAC模式。當工作在正交調(diào)制模式時，DDS核心產(chǎn)生正交的本振信號(即sin/cos信號)到正交調(diào)制器，分別與I/Q信號相乘之后相加，產(chǎn)生正交調(diào)制信號。最后通過14位DAC變?yōu)檎徽{(diào)制的模擬信號輸出。當工作在單頻輸出模式時，AD9857相當于一個頻率發(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。當工作在插值DAC模式時，輸入的14位基帶信號在經(jīng)過AD9857的處理之后仍然是基帶信號，并沒有任何的調(diào)制處理。

在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中的應用

DDS技術(shù)是一種波形合成技術(shù)，是以參考信號源的固定時鐘作為取樣信號對所求頻率信號進行相位取樣的，因此合成信號的頻率穩(wěn)定度由參考源的頻率穩(wěn)定度決定，可以輸出一個高穩(wěn)定度的信號。DDS的頻率牽引范圍很寬，理論上是沒有限制的，這一點是PLL頻率合成器無法辦到的。同時由于DDS是一個全數(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)換時間極短(可達幾納秒)，特別適合要求高速轉(zhuǎn)換頻率的場合。另外DDS的頻率步進可以做到很小(可以小到微赫級)。同時，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)默認的正交調(diào)制模式來進行調(diào)制。如圖中所示，該系統(tǒng)由AD9857波形生成部分，DSP數(shù)字信號處理器部分和人機接口單元組成。數(shù)字信號處理器完成信號的編碼并根據(jù)人機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)字基帶信號和控制字輸入AD9857，通過對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及任何其他復合調(diào)制，具體調(diào)制方式中的載波和符號速率也可以通過對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。由于應用全數(shù)字的大規(guī)模集成技術(shù)，具有體積小、價格低、頻率分辨率高、快速換頻、易于智能控制等突出特點，近年來DDS發(fā)展迅速，倍受青睞。AD9857提供符合當今高數(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。