摘? 要: 介紹了數字正交上變頻器AD9857結構、原理、功能，并給出了其在高頻雷達系統發射通道中的具體應用。?

　　關鍵詞: 上變頻 AD9857? 并口?

?

　　隨著數字技術的發展，短波通信的實現已從模擬電路向數字電路轉變，由中小規模向超大規模集成電路轉變，進而向軟件無線電(Software Radio)的概念發展。數字化是現代通信發展的總趨勢。因此，與短波通信聯系緊密的高頻雷達也必然要向數字化方向發展。一般來講，在雷達設備或系統中，通用發射通道的電路有兩種實現方法:一種是傳統的鎖相環(PLL)電路;另一種就是直接數字合成(DDS)。與鎖相環相比，DDS具有頻率分辨率高、頻率變化速度快、線性相位變化、易于數字控制等優點，因而發射通道核心部分采用基于DDS的14位正交數字上變頻器AD9857。?

　　顧名思義，正交數字上變頻器AD9857在雷達系統中起上變頻的作用，即將基帶數字信號調制到載頻，輸出調制后的模擬信號。?

1 AD9857的結構和工作原理?

　　AD9857的內部結構如圖1所示。主要包括輸入數據組合、CIC與反CIC濾波器、固定插值濾波器、正交調制器、DDS核心、反SINC濾波器、輸出幅度乘法器、14位DAC。?

?

?

1.1 內部結構?

　　輸入數據轉換?

??? 將串行輸入的基帶數字信號轉換成14位并行數據。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，使其能轉換成兩路并行的I/Q數據流，送往下一級電路。?

　　CIC與反CIC濾波器?

　　CIC(內插級聯積分梳狀濾波器)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。它用來將輸入數據過采樣4X。另外，和CIC一樣，它也具有低通特性。?

　　正交調制器?

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

　　DDS核心?

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

　　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)的十進制數。?

　　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。反SINC濾波器對輸入數據進行預處理，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?

　　用于將數字信號轉換成模擬信號。數模轉換過程會在n*SYSCLK±F_CARRIER(n=1，2，3)處產生干擾信號，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位并行數據。這14位數據由I/Q交替輸入。AD9857只完成數字信號的正交上變頻調制，對數字信號的編碼、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制器，AD9857內的數據流都是兩路I/Q信號。?

　　AD9857內的系統時鐘信號SCLK提供了其內部的所有時序。CIC輸出的I/Q數據的采樣率與DDS數字載波的采樣率相同，也就是AD9857的系統時鐘頻率SYSCLK。所以調制后的信號實際上是一組采樣率為SYSCLK的數據流。?

1.3 工作模式?

　　AD9857具有三種工作模式:正交調制器模式、單頻輸出模式、插值DAC模式。當工作在正交調制器模式時，DDS核心提供一個正交的本振信號(sin&cos)到正交調制器，在那里分別與I&Q數據相乘、相加，產生一個正交調制的數據流。所有這些都在數字域內發生，僅當數字的數據流加到14位DAC輸出時才變成正交調制的模擬輸出信號;當工作在單頻輸出模式時，AD9857相當于一個頻率源，14位數據信號并不加到AD9857。內部DDS核心在頻率控制字的控制下產生一個單頻信號。該信號經過反向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位數據輸出后仍是基帶信號，即沒有調制。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的超大規模集成芯片，共有80個引腳，各引腳的說明如表1所示。?

?

?

　　AD9857的技術特性:?

　　200MHz的內部時鐘率?

　　14位的數據總線?

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

　　4～20倍PLL可編程參考時鐘?

　　內置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 計算機并口的結構?

　　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個內部端口中。它們是:DATA端口(輸入輸出端口，包括8個數據信號);STATUS端口(輸入端口，包括5個狀態信號);CONTROL端口(輸出端口，包括4個控制信號)。并口結構如表2所示。?

?

?

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。?

?

?

　　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在高頻雷達系統發射通道中的應用?

4.1 發射通道的工作原理?

　　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輸出的基帶數字信號，生成已調連續射頻信號;將射頻信號輸出給發射機。見圖2。在發射通道中，AD9857工作在正交調制模式。?

?

?

4.2 實驗結果?

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

?

?

?

參考文獻?

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

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