基于A(yíng)D9854的MSK調制信號的產(chǎn)生

摘要：基于實(shí)現簡(jiǎn)單高效地產(chǎn)生MSK調制信號的目的，文中系統性地闡述了AD9854的工作原理、機制，探討了采用AD9854產(chǎn)生MSK 調制信號相比傳統方法的優(yōu)越性。同時(shí)詳細介紹了通過(guò)FPGA配置AD9854的方法，描述了硬件平臺的搭建并且列出了所有需配置寄存器列表。將產(chǎn)生的 MSK調制信號連接至示波器和頻譜儀，分別觀(guān)測該方法產(chǎn)生的MSK信號。結果表明，輸出電平達到-14 dBm，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍達到了60 dB，從而驗證了該法產(chǎn)生MSK信號的正確性和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：AD9854;MSK;FPGA;硬件平臺;寄存器;無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍

MSK是一種在無(wú)線(xiàn)移動(dòng)通信中很有吸引力的數字調制方式，可以看成是調制系數為0.5的連續相位的FSK信號。相對于傳統的FSK調制方式具有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：一是MSK信號在帶外產(chǎn)生的干擾非常小，這正是限帶工作情況下所希望有的寶貴特點(diǎn);二是信號包絡(luò )是恒定的、相位是連續的，系統可以使用廉價(jià)高效的非線(xiàn)性器件。

傳統的MSK調制方式與FSK調制方式類(lèi)似，即用數字調制加DAC的方法實(shí)現信號頻帶從零頻到中頻的搬移。但在具體的硬件實(shí)現中，具有一定的難度。首先，在數字調制的過(guò)程中，我們要花費一定的代價(jià)來(lái)保證輸出MSK信號的相位連續性;其次，如果產(chǎn)生的調制信號為高中頻信號，那么要保證信號的指標是很有難度的，要在電路PCB設計上考慮高速走線(xiàn)的干擾、衰減、反饋以及電磁兼容性等一系列問(wèn)題。

ADI公司推出的集成DDS芯片AD9854能夠將數字基帶信號直接調制和上變頻，而且還能夠在芯片內部實(shí)現相位連續，不但大大地降低了信號調制難度，還有效地保證了信號的良好指標。因此，與傳統的MSK調制方式相比，具有一定的優(yōu)勢。

1 AD9854簡(jiǎn)介及應用

AD9854是ADI公司推出的一款高性能DDS芯片，采用先進(jìn)的DDS技術(shù)，內部耦合兩組高速高性能正交D/A轉換器和一組高精度比較器。只要外部提供穩定高質(zhì)量的時(shí)鐘源，AD9 854就會(huì )產(chǎn)生高穩定性的幅度、頻率以及相位可編程的正弦和余弦輸出信號。AD9854提供48位的可編程頻率字寄存器，支持1 MHz的頻率步進(jìn)、17位的可編程相位字寄存器確保了極佳的SFDR性能。AD9854支持靈活的時(shí)鐘系統，可以允許單端或差分的時(shí)鐘輸入，支持可編程的 4倍到20倍的內部時(shí)鐘倍頻器，芯片內部可產(chǎn)生的最高時(shí)鐘頻率可以達到300MHz。芯片采用0.35μm的CMOS工藝，支持單端3.3 V供電。

由于A(yíng)D9854支持FSK調制方式，實(shí)際上我們所需要的MSK信號就是一種特殊的正交FSK信號，其特殊性在于其兩組頻率之間的差值是滿(mǎn)足這兩組頻率正交性的最小頻差。值得注意的是，MSK信號的相位是連續的，在調制的過(guò)程中我們?yōu)榱吮ＷC產(chǎn)生的MSK信號的相位連續性需要加入相位常量，這將增加MSK調制系統的復雜性。而AD9854芯片的優(yōu)勢之一就是芯片輸出信號的相位是連續的。因此，采用AD9854來(lái)產(chǎn)生MSK信號將大大地降低系統的復雜性。

1.1 FPGA配置

在實(shí)際運用中，需要AD9854產(chǎn)生符合要求的MSK信號，則要采用FPGA對AD9854進(jìn)行配置。FPGA與AD9854硬件連接如圖1所示，圖中管腳定義如表1所示。

當把硬件電路搭建完畢之后，就可以使用FPGA去配置AD9854中的寄存器以實(shí)現AD9854的相應功能，以使AD9854產(chǎn)生MSK信號。

對于MSK信號，其兩組頻率相互正交，其頻差△f=f2-f1=1/2Tb，即調制指數h為：

由式(5)可以看出，為了保證相位的連續性，在本比特區間所加的相位常量不僅與本比特區間的輸入有關(guān)，還與前一個(gè)比特區間內的輸入及相位常數有關(guān)，這將大大增加了非AD9854方法產(chǎn)生MSK信號的難度。但是在第1節提到AD9854芯片本身就可以保證輸出信號相位的連續性，因此在本系統設計中，不需要考慮MSK信號的相位連續問(wèn)題。

本系統中AD9854產(chǎn)生的MSK信號的參數如表2所示。

根據式(3)，得到MSK信號的兩組頻率為：

1.2 AD9854寄存器

AD9854擁有很高的可操作性，它擁有39個(gè)可配置寄存器，可以根據用戶(hù)要求對頻率、相位、幅度、時(shí)鐘等參數進(jìn)行配。AD9854所有需要配置的寄存器如表3所示。

2 實(shí)驗結果

根據本文提出的MSK信號生成方法生成MSK信號，用示波器觀(guān)測生成信號如圖2所示，用頻譜分析儀觀(guān)測生成信號頻譜如圖3所示。

系統中MSK信號兩組頻率的頻差只有100 Hz，因此，MSK的時(shí)域波形類(lèi)似于正弦波如圖2所示。從示波器中的波形可以看出該法生成的MSK信號包絡(luò )恒定、相位連續，穩定無(wú)抖動(dòng)。

用頻譜儀觀(guān)測的MSK信號頻譜，可得輸出中心頻率為300KHz，輸出電平為-14dBm，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍達到60dB，滿(mǎn)足指標要求。

3 結論

文中我們利用FPGA來(lái)配置AD9854產(chǎn)生MSK信號，并在軟件和硬件的層面給出了設計方案。實(shí)驗結果證明采用本文方法產(chǎn)生的MSK信號指標優(yōu)良，效果良好。因此，文中為現代數字通信系統中的MSK數字調制提供了一種新穎、有效的方法。