摘? 要: 介紹了數(shù)字正交上變頻器AD9857結(jié)構(gòu),、原理,、功能，并給出了其在高頻雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射通道中的具體應(yīng)用,。?

　　關(guān)鍵詞: 上變頻 AD9857? 并口?

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　　隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,，短波通信的實(shí)現(xiàn)已從模擬電路向數(shù)字電路轉(zhuǎn)變,，由中小規(guī)模向超大規(guī)模集成電路轉(zhuǎn)變，進(jìn)而向軟件無線電(Software Radio)的概念發(fā)展,。數(shù)字化是現(xiàn)代通信發(fā)展的總趨勢,。因此，與短波通信聯(lián)系緊密的高頻雷達(dá)也必然要向數(shù)字化方向發(fā)展,。一般來講,，在雷達(dá)設(shè)備或系統(tǒng)中，通用發(fā)射通道的電路有兩種實(shí)現(xiàn)方法:一種是傳統(tǒng)的鎖相環(huán)(PLL)電路;另一種就是直接數(shù)字合成(DDS)。與鎖相環(huán)相比,，DDS具有頻率分辨率高,、頻率變化速度快、線性相位變化,、易于數(shù)字控制等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)射通道核心部分采用基于DDS的14位正交數(shù)字上變頻器AD9857,。?

　　顧名思義,，正交數(shù)字上變頻器AD9857在雷達(dá)系統(tǒng)中起上變頻的作用，即將基帶數(shù)字信號調(diào)制到載頻,，輸出調(diào)制后的模擬信號,。?

1 AD9857的結(jié)構(gòu)和工作原理?

　　AD9857的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要包括輸入數(shù)據(jù)組合,、CIC與反CIC濾波器,、固定插值濾波器、正交調(diào)制器,、DDS核心,、反SINC濾波器、輸出幅度乘法器,、14位DAC,。?

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1.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)?

　　輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換?

??? 將串行輸入的基帶數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成14位并行數(shù)據(jù)。由于基帶信號的I/Q分量是交替輸入的,，所以必須保證I/Q分量與輸入時鐘PCLK的同步性,，使其能轉(zhuǎn)換成兩路并行的I/Q數(shù)據(jù)流，送往下一級電路,。?

　　CIC與反CIC濾波器?

　　CIC(內(nèi)插級聯(lián)積分梳狀濾波器)為一個編程過采樣濾波器,，過采樣率為:2X～63X。?

　　由于CIC具有低通特性,，所以在其前端有一個反CIC濾波器來對此加以補(bǔ)償,。?

　　固定插值濾波器?

　　固定插值濾波器由兩個半帶濾波器HB實(shí)現(xiàn)。它用來將輸入數(shù)據(jù)過采樣4X,。另外,，和CIC一樣，它也具有低通特性,。?

　　正交調(diào)制器?

　　用以將基帶數(shù)字信號的頻譜調(diào)制到所需的載頻上(上變頻),。DDS(直接數(shù)字合成)產(chǎn)生正交調(diào)制所需要的正弦、余弦兩路數(shù)字載波,，其頻率可由相應(yīng)頻率控制字控制,。CIC輸出的I/Q數(shù)據(jù)分別與這兩路數(shù)字載波相乘，然后再相加或相減，便得到調(diào)制后的數(shù)字中頻信號,。?

　　DDS核心?

　　用于產(chǎn)生sin/cos載波參考信號,，載頻(f_out)與頻率控制字(FTWORD)和系統(tǒng)時鐘(SYSCLK)的關(guān)系如下:?

　　f_out=(FTWORD* SYSCLK)/2³²?

　　其中，f_out,、SYSCLK的單位是Hz,， FTWORD是從0到2，147,，483,，647(2³²-1)的十進(jìn)制數(shù)。?

　　反SINC濾波器?

　　由于14位DAC的零階保持效應(yīng),，其輸出信號的頻譜會被SINC包絡(luò)所加權(quán),。反SINC濾波器對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以抵消SINC包絡(luò)造成的失真,。?

　　輸出幅度乘法器?

　　用于對最終輸出信號幅度的調(diào)整,，其值由相應(yīng)可編程寄存器決定，范圍是:0～1.9921875,。?

　　14位DAC?

　　用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號,。數(shù)模轉(zhuǎn)換過程會在n*SYSCLK±F_CARRIER(n=1，2,，3)處產(chǎn)生干擾信號,，須外接一個RLC濾波器加以消除。?

1.2 工作原理?

　　輸入AD9857的是14位并行數(shù)據(jù),。這14位數(shù)據(jù)由I/Q交替輸入,。AD9857只完成數(shù)字信號的正交上變頻調(diào)制，對數(shù)字信號的編碼,、插值,、脈沖整形等過程須在其送到AD9857前完成。?

　　AD9857將交替輸入的I/Q信號分成兩路,。從輸入到信號分離器一直到正交調(diào)制器,，AD9857內(nèi)的數(shù)據(jù)流都是兩路I/Q信號。?

　　AD9857內(nèi)的系統(tǒng)時鐘信號SCLK提供了其內(nèi)部的所有時序,。CIC輸出的I/Q數(shù)據(jù)的采樣率與DDS數(shù)字載波的采樣率相同,，也就是AD9857的系統(tǒng)時鐘頻率SYSCLK。所以調(diào)制后的信號實(shí)際上是一組采樣率為SYSCLK的數(shù)據(jù)流,。?

1.3 工作模式?

　　AD9857具有三種工作模式:正交調(diào)制器模式,、單頻輸出模式、插值DAC模式,。當(dāng)工作在正交調(diào)制器模式時,，DDS核心提供一個正交的本振信號(sin&cos)到正交調(diào)制器,，在那里分別與I&Q數(shù)據(jù)相乘、相加,，產(chǎn)生一個正交調(diào)制的數(shù)據(jù)流,。所有這些都在數(shù)字域內(nèi)發(fā)生，僅當(dāng)數(shù)字的數(shù)據(jù)流加到14位DAC輸出時才變成正交調(diào)制的模擬輸出信號;當(dāng)工作在單頻輸出模式時,，AD9857相當(dāng)于一個頻率源,，14位數(shù)據(jù)信號并不加到AD9857。內(nèi)部DDS核心在頻率控制字的控制下產(chǎn)生一個單頻信號,。該信號經(jīng)過反向SINC濾波器和輸出幅度控制器后加到14位DAC輸出,。當(dāng)工作在插值DAC模式時，14位數(shù)據(jù)輸出后仍是基帶信號,，即沒有調(diào)制,。對信號進(jìn)行過采樣操作并保持原始信號的頻譜不變時,，用該模式,。?

2 AD9857的引腳描述和技術(shù)特性?

　　AD9857是基于CMOS的超大規(guī)模集成芯片，共有80個引腳,，各引腳的說明如表1所示,。?

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　　AD9857的技術(shù)特性:?

　　200MHz的內(nèi)部時鐘率?

　　14位的數(shù)據(jù)總線?

　　極好的動態(tài)特性(80dB SFDR @ 65MHz(±100kHz)模擬輸出)?

　　4～20倍PLL可編程參考時鐘?

　　內(nèi)置32位正交DDS?

　　FSK兼容?

　　8位輸出幅度控制?

??? 單引腳掉電功能?

　　4個可編程的通過引腳可選的信號模式?

　　反SINC濾波器?

　　簡單的控制接口:10MHz串行，2或3線SPI兼容?

??? 3.3V供電?

　　單端或差分輸入的參考時鐘?

　　可工作溫度范圍:-40～+85°C?

　　其封裝是80引腳的LQFP表面封裝,。?

3 計算機(jī)并口對AD9857的控制?

　　為便于計算機(jī)對AD9857進(jìn)行實(shí)時控制,，采用計算機(jī)并口(Parallel Port)作為AD9857與計算機(jī)的接口。?

3.1 計算機(jī)并口的結(jié)構(gòu)?

　　并行端口又叫并行打印機(jī)適配器,、Centronics適配器,、Centronics端口，或簡稱并口,。在通用計算機(jī)上,，并口的輸出連接在一個25針D型連接器上。實(shí)際的并口使用了17個信號,，分別包括在3個內(nèi)部端口中,。它們是:DATA端口(輸入輸出端口，包括8個數(shù)據(jù)信號);STATUS端口(輸入端口,，包括5個狀態(tài)信號);CONTROL端口(輸出端口,，包括4個控制信號)。并口結(jié)構(gòu)如表2所示,。?

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3.2 計算機(jī)并口與AD9857的接口?

　　硬件方面,，用一根通用打印機(jī)并口線將計算機(jī)并口與AD9857電路連接起來，連接方法如表3所示,。?

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　　軟件方面,，采用VC6.0語言,。分別編寫了一個類對并口和AD9857進(jìn)行控制，通過對這些類的調(diào)用分別寫出各種實(shí)用程序,。這樣增強(qiáng)了程序的實(shí)用性,，也便于計算機(jī)對并口進(jìn)行實(shí)時控制。?

4 AD9857在高頻雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射通道中的應(yīng)用?

4.1 發(fā)射通道的工作原理?

　　AD9857接收VXI3250(接收機(jī))輸出的參考頻率作為其參考時鐘;接收計算并口輸出的控制信號;輸出時序控制信號到WT6701(通用DSP芯片TMS320c6701板卡),，同時接收WT6701輸出的基帶數(shù)字信號,，生成已調(diào)連續(xù)射頻信號;將射頻信號輸出給發(fā)射機(jī)。見圖2,。在發(fā)射通道中,，AD9857工作在正交調(diào)制模式。?

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4.2 實(shí)驗結(jié)果?

　　以下是AD9857對偽隨機(jī)信號調(diào)制后的頻譜,，即將偽隨機(jī)信號調(diào)制到30MHz載頻后的頻譜,，見圖3、圖4,。AD9857參數(shù)設(shè)置如下:外接40MHz參考時鐘,，參考時鐘因子為5，CIC插值率為32,。?

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參考文獻(xiàn)?

1 CMOS 200 MSPS 14-Bit Quadrature Digital Upconverter. Analog Devices,， Inc， 2000?

2 HIGH SPEED DESIGN TECHNIQUES. Analog Devices,，Inc,， 2000?