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

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(wú)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(shì)。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(lái)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(hào)調(diào)制到載頻,輸出調(diào)制后的模擬信號(hào)。

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。

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(hào)轉(zhuǎn)換成14位并行數(shù)據(jù)。由于基帶信號(hào)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(shí)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(jí)電路。

CIC與反CIC濾波器

CIC（內(nèi)插級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波器）為一個(gè)編程過(guò)采樣濾波器,過(guò)采樣率為：2X～63X。

由于CIC具有低通特性,所以在其前端有一個(gè)反CIC濾波器來(lái)對(duì)此加以補(bǔ)償。

固定插值濾波器

固定插值濾波器由兩個(gè)半帶濾波器HB實(shí)現(xiàn)。它用來(lái)將輸入數(shù)據(jù)過(guò)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(hào)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/O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(hào)。

DDS核心

用于產(chǎn)生sin/cos載波參數(shù)考信號(hào),載頻（fout）與頻率控制字（FTWORD）和系統(tǒng)時(shí)鐘（SYSCLK）的關(guān)系如下：

fout=(FTWORD* SYSCLK)/2 32

其中,fout、SYSCLK的單位是Hz,FTWORD是從0到2,147,483,647（2 32-1）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(hào)的頻譜會(huì)被SINC包絡(luò)所加權(quán)。反SINC濾波器對(duì)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(duì)最終輸出信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。數(shù)模轉(zhuǎn)換過(guò)程會(huì)在n*SYCLK±FCARRIER(n=1,2,3)處產(chǎn)生干擾信號(hào),須外接一個(gè)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(hào)的正交上變頻調(diào)制,對(duì)數(shù)字信號(hào)的編碼、插值、脈沖整形等過(guò)程須在其送到AD9857前完成。

AD9857將交替輸入的I/Q信號(hào)分成兩路。從輸入到信號(hào)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(hào)。

AD9857內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)SCLK提供了其內(nèi)部的所有時(shí)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(shí)鐘頻率SYSCLK。所以調(diào)制后的信號(hào)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(shí),DDS核心提供一個(gè)正交的本振信號(hào)（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)品一個(gè)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(shí)才變成正交調(diào)制的模擬輸出信號(hào);當(dāng)工作在單頻輸出模式時(shí),AD9857相當(dāng)于一個(gè)頻率源,14位數(shù)據(jù)信號(hào)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(gè)單頻信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)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(shí),14位數(shù)據(jù)輸出后仍是基帶信號(hào),即沒(méi)有調(diào)制。對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣操作并保持原始信號(hào)的頻譜不變時(shí),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(gè)引腳,各引腳的說(shuō)明如表1所示。

表1 AD9857引腳