AD9857的原理及其在數字調制系統中的應用(圖)

引言
　　當今通信信道正朝著(zhù)全數字化方向迅速發(fā)展，數字化的優(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、長(cháng)期穩定性、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轉換器和dds結構，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位積分數字上行轉換器，采樣速率為200msps，可產(chǎn)生直流到80mhz的數字輸出和80db窄帶的無(wú)雜散信號動(dòng)態(tài)范圍。

　　ad9857具有200mhz內部時(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時(shí)鐘，單端或者差分輸入參考時(shí)鐘，而且可以輸出數據時(shí)鐘；內部32位正交dds，可實(shí)現fsk調制功能；四種可編程、引腳可選“profile”，具有單引腳節電模式；14位dds和dac和數據路徑結構，可接受復合i/q輸入數據；32位頻率控制字，而且控制接口簡(jiǎn)單：10mhz串行，并與spi兼容；具有反轉sinc功能，在dac變換之前恢復出想得到的信號包絡(luò )；有很好的動(dòng)態(tài)特性：當65hz模擬信號輸出時(shí)，d/a轉換電路輸出的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍sfdr大于80db，并且能夠對8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按照模擬域到數字域的tx路徑來(lái)實(shí)現上變頻功能，集成有一個(gè)高速dds、14位dac、數字濾波器、時(shí)鐘倍增器電路和一個(gè)80引腳lqfp封裝的用戶(hù)可編程陣列。它接受復合i/q輸入數據，對其采樣，積分調制到一載波信號，輸出為一頻率捷變模擬調制載波。此外，利用輸出信號的鏡像，允許用戶(hù)取消模擬上變頻級，但仍能滿(mǎn)足嚴格的頻譜掩蔽要求。

　　由于所有的調制信號在理論上都可以分解為同向和正交兩路信號，所以用正交調制法可以實(shí)現幾乎所有的調制方式。因此，ad9857能夠進(jìn)行g(shù)msk、cdma、ofdm、多種qam或任何其他復合調制。

　　ad9857的功能結構原理框圖如圖1所示，主要包括輸入數據組合、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位并行數據，由i/q交替輸入。ad9857只能完成數字信號的正交上變頻調制，所以數字信號的編碼、插值以及脈沖整形等過(guò)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，并且在到達正交調制器之前一直保持兩路。

　　ad9857的內部系統時(shí)鐘信號sclk提供了其內部所需要的所有時(shí)序。cic濾波器輸出的i/q信號的采樣率與dds數字載波的采樣率（即系統時(shí)鐘頻率sysclk）相同，因此ad9857輸出的調制信號實(shí)際上是采樣率為sysclk的數字信號。

　　工作模式
　　ad9857有三種不同的工作模式以滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需要：正交調制模式（默認）、單頻輸出模式、插值dac模式。當工作在正交調制模式時(shí)，dds核心產(chǎn)生正交的本振信號（即sin/cos信號）到正交調制器，分別與i/q信號相乘之后相加，產(chǎn)生正交調制信號。最后通過(guò)14位dac變?yōu)檎徽{制的模擬信號輸出。當工作在單頻輸出模式時(shí)，ad9857相當于一個(gè)頻率發(fā)生器，內部dds核心根據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(shí)，輸入的14位基帶信號在經(jīng)過(guò)ad9857的處理之后仍然是基帶信號，并沒(méi)有任何的調制處理。

　　在數字調制系統中的應用
　　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(shí)鐘作為取樣信號對所求頻率信號進(jìn)行相位取樣的，因此合成信號的頻率穩定度由參考源的頻率穩定度決定，可以輸出一個(gè)高穩定度的信號。dds的頻率牽引范圍很寬，理論上是沒(méi)有限制的，這一點(diǎn)是pll頻率合成器無(wú)法辦到的。同時(shí)由于dds是一個(gè)全數字結構的開(kāi)環(huán)系統，沒(méi)有反饋環(huán)節，所以頻率合成的轉換時(shí)間極短（可達幾納秒），特別適合要求高速轉換頻率的場(chǎng)合。另外dds的頻率步進(jìn)可以做到很?。梢孕〉轿⒑占墸?。同時(shí)，dds的全數字化結構便于集成，輸出相位連續，頻率、相位和幅度均可實(shí)現程控，完全可以采用數字調制方式來(lái)代替模擬調制方式。ad9857在數字調制系統中的應用如圖2所示。

　　該系統采用ad9857的第一種工作模式，即系統默認的正交調制模式來(lái)進(jìn)行調制。如圖中所示，該系統由ad9857波形生成部分，dsp數字信號處理器部分和人機接口單元組成。數字信號處理器完成信號的編碼并根據人機接口的輸入形成控制ad9857工作的控制字，然后將編碼后的數字基帶信號和控制字輸入ad9857，通過(guò)對dds芯片ad9857輸入的控制字選擇調制方式，完成fsk、cdma、gmsk、ofdm、多種qam及任何其他復合調制，具體調制方式中的載波和符號速率也可以通過(guò)對控制寄存器值的改變而隨意改變。

結束語(yǔ)
　　直接頻率合成（dds）是近年來(lái)出現的一種頻率合成器的新方法。由于應用全數字的大規模集成技術(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(lái)dds發(fā)展迅速，倍受青睞。ad9857提供符合當今高數據速率無(wú)線(xiàn)通信和寬帶通信系統所要求的直接數字合成(dds)和dac性能，可構成適用于蜂窩基站傳輸路徑和其他無(wú)線(xiàn)通信的優(yōu)良數字解決方案。