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系統(tǒng)發(fā)射通道中的具體應用,。?
關鍵詞: 上變頻 AD9857? 并口?
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隨著數(shù)字技術的發(fā)展,,短波通信的實現(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)系緊密的高頻雷達也必然要向數(shù)字化方向發(fā)展。一般來講,,在雷達設備或系統(tǒng)中,,通用發(fā)射通道的電路有兩種實現(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,,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(fout)與頻率控制字(FTWORD)和系統(tǒng)時鐘(SYSCLK)的關系如下:?
fout=(FTWORD* SYSCLK)/232?
其中,,fout、SYSCLK的單位是Hz,, FTWORD是從0到2,,147,483,,647(232-1)的十進制數(shù),。?
反SINC濾波器?
由于14位DAC的零階保持效應,,其輸出信號的頻譜會被SINC包絡所加權(quán)。反SINC濾波器對輸入數(shù)據(jù)進行預處理,,以抵消SINC包絡造成的失真,。?
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±FCARRIER(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;當工作在單頻輸出模式時,,AD9857相當于一個頻率源,,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 計算機并口對AD9857的控制?
為便于計算機對AD9857進行實時控制,采用計算機并口(Parallel Port)作為AD9857與計算機的接口,。?
3.1 計算機并口的結(jié)構(gòu)?
并行端口又叫并行打印機適配器,、Centronics適配器、Centronics端口,,或簡稱并口,。在通用計算機上,并口的輸出連接在一個25針D型連接器上,。實際的并口使用了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 計算機并口與AD9857的接口?
硬件方面,用一根通用打印機并口線將計算機并口與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進行控制,,通過對這些類的調(diào)用分別寫出各種實用程序。這樣增強了程序的實用性,,也便于計算機對并口進行實時控制,。?
4 AD9857在高頻雷達系統(tǒng)發(fā)射通道中的應用?
4.1 發(fā)射通道的工作原理?
AD9857接收VXI3250(接收機)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,。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 實驗結(jié)果?
以下是AD9857對偽隨機信號調(diào)制后的頻譜,,即將偽隨機信號調(diào)制到30MHz載頻后的頻譜,見圖3,、圖4,。AD9857參數(shù)設置如下: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?
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2 HIGH SPEED DESIGN TECHNIQUES. Analog Devices,,Inc, 2000?
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