在傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)源設(shè)計(jì)中，調(diào)制信號(hào)對(duì)于擾有較強(qiáng)的抵抗作用，同時(shí)對(duì)相鄰信道的信號(hào)干擾也較小，要得到調(diào)制信號(hào)，一般都采用對(duì)波形發(fā)生器件逐點(diǎn)送控制字的方法來實(shí)現(xiàn)。調(diào)制信號(hào)具有解調(diào)方便且易于集成等優(yōu)點(diǎn)，因此數(shù)字調(diào)制信號(hào)系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代通信設(shè)備及科研教學(xué)儀器中。

　　由于受頻率度、穩(wěn)定度和范圍等因素的制約，提高數(shù)字調(diào)制方式中的FM速度是難點(diǎn)，這是高速調(diào)制信號(hào)源的技術(shù)瓶頸。直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)具有頻率切換速度快、分辨率高、頻率和相位易于控制等特點(diǎn)，因此在各種數(shù)字系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)及設(shè)備中頻率源設(shè)計(jì)的。

　　本文采用ADI公司新產(chǎn)品AD9957設(shè)計(jì)出高速雙通道調(diào)制信號(hào)源，具有電路結(jié)構(gòu)簡單，度和穩(wěn)定度高、容易實(shí)現(xiàn)各種調(diào)制等特點(diǎn)。

2 AD9957簡介

　　AD9957是美國模擬器件公司(Analog Devices，Inc)生產(chǎn)的內(nèi)置14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的直接數(shù)字頻率合成器(DDS)集成電路。它采用數(shù)字技術(shù)合成多種跳頻應(yīng)用所需要的模擬波形，例如無線基站、軍事和民用雷達(dá)、測試設(shè)備和安全通信系統(tǒng)。其采樣速度達(dá)到1 GS／s，同時(shí)功耗比其他直接頻率合成器減小50％以上，廣泛應(yīng)用于各種通信、儀表儀器和國防應(yīng)用。

　　AD9957動(dòng)態(tài)性能提高到高達(dá)400 MHz輸出頻率，而且無雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)高達(dá)80 dB以上。應(yīng)用到無線和有線系統(tǒng)中時(shí)，利用AD9957調(diào)制器或正交數(shù)字上變頻器(QDUC)提供的高達(dá)400 MHz中頻的實(shí)時(shí)輸出達(dá)到簡化數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/P>

　　AD9957還可提供用于快速編程的寬并行裝入接口，它具有一個(gè)更新速率達(dá)250 MHz的16 bit并行端口，允許每隔8 ns更新32 bit的頻率控制字。這種快速編程能力使之可以用于高速波形發(fā)生器、跳頻合成器、安全通信以及各種雷達(dá)和掃描系統(tǒng)等需要頻率或相位極快變化的場合。

　　此外，AD9957支持高達(dá)400 MHz輸出的正交數(shù)字上變頻器(QDUC)。由于AD9957內(nèi)部集成了高速DDS、14 bit DAC、時(shí)鐘倍頻電路和數(shù)字濾波器，當(dāng)應(yīng)用于無線或有線通信基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)基帶上的變頻，使數(shù)據(jù)傳輸簡單、成本低、效率高。1 GS／s的數(shù)控振蕩器(NCO)和DAC允許AD9957提供高達(dá)400 MHz的直接輸出，因此無需使用上變頻級(jí)，而且降低了對(duì)濾波器的要求。

　　AD9957的主要特點(diǎn)：32位相位累加器；波特率達(dá)25 Mb／s的SPI接口；內(nèi)置1 024×32位RAM，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部調(diào)制功能；內(nèi)部采用1.8 V供電，超低功耗；內(nèi)置的低噪聲參考時(shí)鐘倍頻器允許用低成本、低頻外部時(shí)鐘作為系統(tǒng)時(shí)鐘，同時(shí)仍可提供優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能：支持測試向量和幅度斜坡式控制功能。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　主要由上位機(jī)、單片機(jī)系統(tǒng)、波形發(fā)生及調(diào)理電路4部分組成。PC機(jī)為主控制設(shè)備．控制波形產(chǎn)生時(shí)所需要的各種參數(shù)，通過RS232串行通信接口傳送給單片機(jī)，單片機(jī)主要完成與控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，根據(jù)輸入的信息產(chǎn)生各種控制字；對(duì)DDS器件寫入頻率控制字、幅度控制字、相位控制字和模式控制字，產(chǎn)生各種控制信號(hào)等功能。調(diào)理電路由功率放大、濾波電路、衰減電路等幾部分組成。單片機(jī)采用89C52，因其具有指令速度快、SPI接口與AD9957完全兼容的優(yōu)點(diǎn)，在低速調(diào)制時(shí)采用逐點(diǎn)送控制字的方法實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制和低速調(diào)制的無縫銜接。

　　控制電路以單片機(jī)為，利用89C52豐富的I／O資源和功能強(qiáng)大的事件管理器模塊，對(duì)各外圍電路進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

4 系統(tǒng)工作原理

4.1 工作原理

　　單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，它控制AD9957的輸出。控制設(shè)備通過RS232接口把所需的頻率字、工作模式、幅度字、相位字等有關(guān)信息發(fā)送到89C252單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過運(yùn)算后產(chǎn)生一定的模式控制字、頻率控制字、相位控制字和幅度控制字，按照相應(yīng)的寄存器地址寫入AD9957，使其輸出兩路特定頻率、相位和幅值的信號(hào)。

　　本系統(tǒng)波形發(fā)生電路的兩個(gè)通道是相互獨(dú)立的，具有3種工作模式：(1)輸出高頻正弦波(400 MHz)或同步正弦波；(2)輸出相互獨(dú)立的高速頻率、相位調(diào)制波；(3)選擇一個(gè)通道作為載波，另一個(gè)通道作為基波進(jìn)行調(diào)制，可實(shí)現(xiàn)高速調(diào)幅波輸出。

　　首先，實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)的產(chǎn)生。AD9957可以提供多種內(nèi)部時(shí)鐘產(chǎn)生方式，本文采用外部加參考時(shí)鐘的方式，AD9957內(nèi)部集成了一個(gè)鎖相環(huán)，能夠?qū)ν獠枯斎霑r(shí)鐘進(jìn)行12～127倍可編程倍頻，本設(shè)計(jì)采用12 MHz的有源晶體振蕩器，可得到400MHz內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘。其中倍頻系數(shù)可以通過給DDS送控制字CFR3來設(shè)置。根據(jù)采樣定理和器件的頻率輸出關(guān)系，計(jì)算出頻率控制字，由PC機(jī)發(fā)送給單片機(jī)，并寫入AD9957，就可以實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性的輸出信號(hào)。

　　其次，實(shí)現(xiàn)調(diào)制輸出。選擇一個(gè)通道作為載波通道，另一個(gè)作為基波，采用高速多路開關(guān)將基波切換到另外一個(gè)通道的幅度輸入，就可以實(shí)現(xiàn)高速調(diào)幅波輸出。AD9957內(nèi)置了1 024×32位RAM。同理，調(diào)頻和調(diào)相也都是通過設(shè)置命令控制字實(shí)現(xiàn)。

4.2 單片機(jī)與AD9957的通信

　　本系統(tǒng)大多數(shù)操作是對(duì)DDS器件進(jìn)行控制，這些控制是通過向DDS器件寫命令控制字實(shí)現(xiàn)的。AD9957通過串行口實(shí)現(xiàn)對(duì)AD9957內(nèi)部寄存器的讀寫，讀寫時(shí)序受到引腳SCLK上時(shí)鐘信號(hào)的控制，串口寫操作時(shí)序如圖3所示。其中，指令字節(jié)指出是讀還是寫操作，以及對(duì)應(yīng)的寄存器地址。在AD9957中串行操作是在寄存器級(jí)，而不是在字節(jié)級(jí)執(zhí)行。AD9957與控制器件(單片機(jī))的通信周期分兩個(gè)階段，個(gè)階段是指令周期，在這個(gè)階段把指令字節(jié)寫入AD9957，在每個(gè)SCLK上升沿寫入一位。指令字節(jié)除了指出讀寫操作和寄存器地址外，還同時(shí)給出了第二個(gè)階段所要傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。第二個(gè)階段為數(shù)據(jù)傳送周期，傳送波形參數(shù)的控制字。

5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)原理

　　本系統(tǒng)軟件主要由基于PC機(jī)的系統(tǒng)控制程序和基于單片機(jī)的器件控制程序兩部分組成，它有兩個(gè)主要任務(wù)，其一，提供友好的輸入界面，接收用戶要求的波形參數(shù)，并將它轉(zhuǎn)換成AD9957的控制字形式；其二，完成與單片機(jī)的通信。程序采用VB6.0編寫，利用它提供的專用于串行通信的Active控件來實(shí)現(xiàn)串行通信。

6 結(jié)束語

　　文中利用數(shù)字頻率合成器件，以單片機(jī)為控制，設(shè)計(jì)出了一款高性能高速數(shù)字調(diào)制信號(hào)源。本設(shè)計(jì)主要有以下特點(diǎn)：采用DDS技術(shù)，可以滿足高線性度、高穩(wěn)定度、高信噪比和低雜散的要求；用上位機(jī)可以簡單方便地控制信號(hào)波形參數(shù)，為不同頻率、不同波形的要求提供了通用平臺(tái)；能夠在產(chǎn)生中頻信號(hào)的同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行任意包絡(luò)的波束調(diào)制；能夠完成正交檢波和正交調(diào)制的功能；硬件結(jié)構(gòu)簡單，功能劃分清晰，兩個(gè)通道可單獨(dú)當(dāng)作普通高頻信號(hào)源使用。

參考文獻(xiàn):

[1]. AD9957 datasheet http://hbjingang.com/datasheet/AD9957_1135770.html.
[2]. RS232 datasheet http://hbjingang.com/datasheet/RS232_585128.html.
[3]. 89C52 datasheet http://hbjingang.com/datasheet/89C52_105388.html.