張 嘉

基于AD9954的數(shù)字射頻信號(hào)源設(shè)計(jì)

張 嘉

（作者單位：國家新聞出版廣電總局573臺(tái)）

DDS是一種數(shù)字化產(chǎn)生和處理正弦信號(hào)的頻率合成技術(shù)，DDS技術(shù)具有頻率分辨率高、切換速度快、相位連續(xù)、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。AD公司的AD9954是采用DDS技術(shù)的高集成頻率合成芯片。本方案以AD 9954為核心，設(shè)計(jì)了一種可實(shí)現(xiàn)單載波輸出，跳頻輸出，AM，F(xiàn)M，白噪聲調(diào)制輸出的多功能射頻信號(hào)源。

DDS；AD9954；AM；FM；白噪聲

1　硬件整體設(shè)計(jì)

隨著芯片生產(chǎn)工藝的提高，及軟件無線電技術(shù)快速發(fā)展。分辨率高，功能豐富的數(shù)字頻率合成器需求越來越多。本方案采用DSP數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，DDS直接數(shù)字合成等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)單載波、跳頻、AM、FM和白噪聲等多種調(diào)制短波信號(hào)輸出等功能。

2　AD9954芯片簡介

AD9954芯片使用了先進(jìn)的DDS技術(shù)，內(nèi)部集成高速，高性能的14位DAC，能產(chǎn)生高達(dá)200MHz模擬正弦波信號(hào)。AD9954內(nèi)部含有PLL鎖相環(huán)乘法器，最高可以倍頻20倍，這樣外圍只需要一個(gè)低頻的晶振就可以產(chǎn)生可靠的高頻參考時(shí)鐘。AD9954控制接口是標(biāo)準(zhǔn)SPI接口，這種串行接口具有通信速率快高，誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)，容易與市面上的大多數(shù)微控制器連接。AD9954含有1024×32靜態(tài)RAM，支持幾種模式靈活的掃頻的能力，也支持用戶定義一種線性掃頻操作模式。同時(shí)含有一個(gè)片上高速比較器，可滿足用戶要求輸出方波。

AD9954有3中工作模式，SINGLETONE MODE（單音模式）可以直接輸出單載波信號(hào)，LINEAR SWEEP MODE（線性掃頻模式），RAM MODE可以預(yù)存頻率信息，實(shí)現(xiàn)跳頻等功能。

3　信號(hào)源各功能實(shí)現(xiàn)原理

3.1單載波輸出

使 AD9954工作于 Single-Tone Mode下，把所須的頻率值F0代入公式FTW=232*F0/Fs，得到對(duì)應(yīng)的頻率控制字，通過AD9954 SPI接口寫入相應(yīng)的寄存器，之后通過一個(gè)脈沖信號(hào)即可輸出相應(yīng)頻率信號(hào)。同時(shí)可以通過調(diào)節(jié)相位寄存器實(shí)現(xiàn)相位調(diào)節(jié)。

3.2AM調(diào)制輸出

AM輸出信號(hào)波形如圖1所示

圖1　AM輸出信號(hào)波形

調(diào)制度K=ΔU/U，即控制載波信號(hào)的幅度按調(diào)制信號(hào)的幅度狀態(tài)變化?？梢栽O(shè)置AD9954工作于手動(dòng)幅度調(diào)節(jié)模式，然后根據(jù)調(diào)制信號(hào)的幅度變化調(diào)節(jié)AD9954的ASF寄存器數(shù)值。因?yàn)锳SF寄存器最大數(shù)值是0×3fff，此時(shí)對(duì)應(yīng)DDS輸出信號(hào)幅度最大，所以要實(shí)現(xiàn)100%調(diào)制度，則需要把輸出信號(hào)的幅度中心點(diǎn)設(shè)置為16383/1+K。為提高輸出信號(hào)速度，可以按公式Uc+sinΦ×K×Uc （Φ=0o-360o）提前計(jì)算好ASF寄存器數(shù)值，存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器，使用時(shí)直接調(diào)用。

3.3FM調(diào)制輸出

FM調(diào)制原理是載波信號(hào)的頻率按調(diào)制信號(hào)的幅度變化。如圖2所示。

圖2　載波信號(hào)的頻率按調(diào)制信號(hào)的幅度

FM調(diào)制的實(shí)現(xiàn)，可以通過對(duì)DDS頻率控制寄存器調(diào)整實(shí)現(xiàn)。調(diào)制度K=ΔF/F0，可以按公式F0+ΔF×sinΦ（Φ=0o～360o）算出頻率控制碼然后預(yù)置到DDS內(nèi)部RAM地址單元中。工作時(shí)設(shè)置DDS工作在單一模式下，通過修改DDS頻率控制寄存器，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制信號(hào)的FM調(diào)制。

3.4跳頻輸出

由于載波頻率是在數(shù)字域有DDS產(chǎn)生，其載波頻率的變化時(shí)間只有一個(gè)采樣周期的時(shí)間，而不像模擬鎖相環(huán)有環(huán)路鎖定時(shí)間，因此可以非常快的完成頻率切換。通過把頻點(diǎn)數(shù)值預(yù)置到DDS內(nèi)部RAM中，可實(shí)現(xiàn)1 024個(gè)頻點(diǎn)的快速跳變。通過設(shè)置DDS工作于循環(huán)模式即可實(shí)現(xiàn)1 024個(gè)頻點(diǎn)的跳頻輸出。

4　結(jié)語

此數(shù)字激勵(lì)器采用DSP數(shù)字處理技術(shù)，DDS直接數(shù)字合成等技術(shù)，具有微機(jī)控制、遠(yuǎn)程遙控，產(chǎn)品功能全、性能穩(wěn)定、使用簡單和操作方便等特點(diǎn)。由于采用了數(shù)字調(diào)制技術(shù)，本產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)單頻、AM、FM和白噪聲等多種調(diào)制短波信號(hào)輸出等功能以及跳頻模式。

[1]楊小牛，徐建良.軟件無線電原理與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.

[2]劉繼承,邵定蓉,李暑堅(jiān), 等.跳頻通信信號(hào)源的研制[J].中國電子,2003(12).