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基于4通道DDS器件AD9959实现测控通信系统的同步设计

电子设计 2020-06-29 07:56 次阅读

引言

近年来,为了提高信息传输速率,增强通信抗干扰能力,飞行器测控通信系统已从统一载波体制向扩频统一测控通信体制发展。但是,这种宽带扩频测控技术的应用使得同步设计成为系统实现的难点,尤其对于多频率源系统,信号之间的严格同步更为困难。一般情况下,为了获得多路DDS的同步,设计者往往会使用多种手段对参考时钟、数据刷新、相倍频等步骤小心处理,这样不但耗费了大量的精力物力,而且效果往往不尽如人意。

美国ADI公司推出的高性能4通道直接数字式频率合成器AD9959,在单芯片上集成了4个独立的DDS核,通过一个公用参考频率内部同步4个DDS通道,避免了多个DDS同步过程中由于器件特性差异造成同步困难的问题,在降低同步设计难度的同时,还提供了灵活的控制能力。

AD9959内部结构如图1所示。

基于4通道DDS器件AD9959实现测控通信系统的同步设计

图1 AD9959内部结构

AD9959内部的每个DDS通道都拥有独立的32bit相位累加器和相位-幅度转换器。当相位累加开始计时并且相位增量(频率调谐字FTW)大于0时,相位累加器的输出数据作为波形存储器的取样地址,输出数字化的正弦波形(梯形正弦波)。相位-幅度装换器同时将相位信息通过运算转化为幅度信息。每个通道的输出频率(fo)是相位累加器翻转率的函数。频率、相位及幅度关系由下面的公式表示:

AD9959具有多种工作模式:单频(Single Tone)、调制(Modulation)和线扫(Linear Sweep)3种模式。

AD9959串行1/O提供多种配置工作方式,串口兼容ADI早期DDS采用的SPI串行方式。

AD9959的运行是主控芯片(单片机、DSP或可编程逻辑)通过串行I/O改写其内部寄存器值来实现的。因此,寄存器是AD9959的控制核心。控制寄存器主要完成通道选择,多设备同步及相位累加器清零等功能;通道控制寄存器主要完成各通道功能的选择,频率、相位、幅度的设置。各寄存器的使用是通过不同地址的8位数据值来决定。

AD9959在测控通信系统中的应用

多进制正交扩频信号产生

在测控通信系统的设计中系统的可靠性尤为重要,特别是同步不好轻则误码率高,重则系统无法正常工作。如图2所示,在以往的设计中,要成功地同步各路DDS首先要将参考时钟的相位差最小化,且时钟边沿要足够的陡,以免增加时钟的相位误差。其次,数据刷新时钟(I/O _Update)决定了DDS内部寄存器值的改变时间,多路DDS必须同步改变工作寄存器的值。再次,DDS所需频率由频率源经过倍频锁相后提供,但这样会带来倍频锁相后时间信号相位延迟等问题。此外,由于滤波器特性的不一致,也往往会造成已经同步的DDS输出信号经过滤波平滑处理后进入调制器的信号却发生失配。因此需要不断地对FPGA中的控制时序做反复调整。但由于器件之间的差异性与温度特定的不同,调整好的时序控制程序往往不适用于另一个同样的电路。诸多因素为信号同步带来很多麻烦。

图2 原正交扩频信号产生方案

在新方案中,由于单片AD9959集成了4个DDS通道,无需4片AD9852及其外部电路,大大减小了PCB面积。单片AD9959由一组共享的参考时钟频率在内部同步4个独立的DDS通道,在线可编程的通道控制信号随时调整由外部路径产生的不均衡性。I、Q数据流可实现良好的正交。即时正交关系和幅度匹配发生轻微的变化,由于其14bit的相位调整和32bit的幅度调整,误差将保持在很小的可容许的范围内。上电后FPGA从配置芯片中加载程序,完成发送时序及系统的控制,PN码和Walsh函数的产生也是由FPGA实现。在FPGA的控制下,4路DDS输出同步正交信号到专用调制芯片,可产生QPSK、16QAM等多种调制信号,各项指标满足系统要求,性能稳定。

基于正交信号的上变频

如图3所示,虽然DDS具有良好的频率特性和相位特定,但在测控通信系统中设备往往工作在VHF、UHF、L/S/C等频率较高的频段,而DDS无法直接满足UHF频段以上的频率要求,必须进行上变频。通常用锁相环(PLL)反馈环路中的DDS进行上变频,但受到PLL的锁定时间及带宽的影响,这种方式不适合频率高速变化的场合。此时,采用AD9959,对两个正交的DDS通道进行单边带上变频,其中两路DDS作为I/Q通路,另两路DDS作为相位相差90度的本振信号源,这种方法非常适合快速跳频系统,不但保证了本振与I/Q数据的同步而且有效地抑止了冗余边带的产生。由于冗余边带的显著减小,滤波器设计难度也大大降低。图4 比较了采用DDS正交上变频方案与PLL上变频的冗余边带抑制能力。

图3 DDS单边带抑制载波上变频

图4 a 没有采用正交上变频的单音频谱,b 采用DDS正交上变频的单音频谱

结语

以4通道DDS芯片AD9959为核心的测控通信电路已应用于某无人机测控通信系统中,无论是正交扩频中还是DDS上变频都有出色的性能表现。4个DDS核天生同步的特性不仅降低了系统的成本,减小了PCB面积,而且大大简化了系统同步设计的复杂度,缩短了研发周期。

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NCP51530 高频700 V- 2 A高端和低端驱动器

30是一款700 V高侧和低侧驱动器,具有高驱动能力,适用于AC-DC电源和逆变器。 NCP51530在高工作频率下提供同类最佳的传播延迟,低静态电流和低开关电流。因此,该器件可为高频工作的电源提供高效设计。 NCP51530采用SOIC8和DFN10封装。 特性 优势 高压范围:高达700 V AC / DC设计的设计余量 传播延迟非常快(B版本为25 ns) ) 适合高频操作 匹配传播延迟(最大7 ns) 提高效率&安培;允许并联 高达50 V / ns的高dv / dt抗扰度和负瞬态抗扰度 非常稳健的设计 DFN10封装,具有优化的引脚输出 小PCB占位面积,改善的爬电距离和寄生 快速上升和下降时间(最长15 ns) 适合重载 应用 终端产品 半满和满-bridge Converters 有源钳位反激式适配器 电机控制电源 服务器,电信和工业用电源 电动助力转向 太阳能逆变器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-31 01:02 302次 阅读
NCP51530 高频700 V- 2 A高端和低端驱动器

NCV8186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR

6是一款极低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85°C范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。启用功能。小型8针DFN8 2 mm x 2 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携...
发表于 07-30 17:02 71次 阅读
NCV8186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR

NCV59800 LDO稳压器 1 A 低压差 低Iq

00是1 A低压差线性稳压器(LDO)系列,提供高电源纹波抑制(PSRR)和超低输出噪声。该系列LDO采用先进的BiCMOS工艺实现了非常好的电气性能。它是电信设备中使用的噪声敏感模拟RF前端的理想选择。 NCV59800采用3 mm x 3 mmDFN8封装。 特性 优势 2.2 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 低典型静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 1 A(Vout = 2.5 V) 扩展电池范围 极低噪音,15μVrms/ V通常 适用于噪音敏感的应用程序 可调软启动 限制浪涌电流 线路精度±2.5%。负载和温度范围 高输出电压精度 热关断和电流限制保护 保护产品和损坏的系统 使用4.7μF陶瓷输出电容稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电信基础设施 汽车信息娱乐系统 高速I / F(PLL / VCO) 电信设备 网络设备 工业控制 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 16:02 123次 阅读
NCV59800 LDO稳压器 1 A 低压差 低Iq

NCV4295C LDO稳压器 30 mA 超低压差

5C是一款单片集成低压差稳压器,输出电流能力为30 mA,采用TSOP-5封装。输出电压精确度在±4.0%以内,最大压差为250 mV,输入电压高达45 V.低静态电流通常在1 mA负载下仅消耗160μA电流。在输出欠压的情况下,电源故障输出被驱动为低电平。该器件非常适用于汽车和所有电池供电的微处理器设备。调节器具有防止电池反接,短路和热过载的条件。 特性 优势 极低压差65 mV(典型值)。 (最大250 mV),20 mA负载电流 在起动过程中以较低的输入电压运行。 电源故障输出 关于稳压器输出欠压,PCB上没有外部上拉电阻的即时信息 保护: 60 V瞬态输入电压反极性和反向偏压保护电流限制热关断 适用于恶劣的汽车环境。 3.3 V,5.0 V,±4%输出电压精度,在整个温度范围内,最高30 mA AEC-Q100 1级合格且PPAP能力 应用 终端产品 汽车通用 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 14:02 83次 阅读
NCV4295C LDO稳压器 30 mA 超低压差

NCP786L 线性稳压器 5 mA 450 V 超低Iq 高PSRR

L是一款高性能5 mA低压差(LDO)线性稳压器,提供非常宽的工作输入电压范围,最高工作电压为450 V DC,最大工作电压为700 V DC。它是高输入电压应用的理想选择,如工业和家庭自动化,智能计量,家用电器。 NCP786L提供±5%的输出电压精度,极高的电源抑制比和10μA的超低静态电流。 NCP786L非常适合恶劣的环境条件。 NCP786L提供可调电压调节器,输出电压范围为1.27 V至15 V. SOT-223封装提供可接受的热性能和较小的PCB尺寸。 特性 优势 工作输入电压:高达450 VDC 允许直接交流电源连接 PSRR:60 Hz时70 dB 有效降低输入纹波 静态电流:典型值10μA 大大降低空载功耗 SOT-223软件包 非常适合空间受限的应用程序 应用 终...
发表于 07-30 14:02 60次 阅读
NCP786L 线性稳压器 5 mA 450 V 超低Iq 高PSRR

NCP785A 线性稳压器 10 mA 450 V 超低Iq 高PSRR

A是一款高性能> 10mA线性稳压器,可提供高达450 V DC工作和700V DC最大工作输入电压范围。它是工业和家庭自动化等高输入电压应用的理想选择,智能电表,家电。 NCP785A提供±5%的输出电压精度,极高的电源抑制比和典型的超低静态电流。 15μA。 NCP785A非常适合恶劣的环境条件.NCP785A提供固定输出电压:3.3 V,5.0 V,12 V,15 V.SOT-89封装提供良好的散热性能和非常小的PCB尺寸。 特性 优势 工作输入电压:高达450 VDC 允许直接交流电源连接 PSRR:120 Hz时为80 dB 有效降低输入纹波 静态电流:15μA典型值 大大降低空载功耗 SOT89包 非常适合空间受限的应用 应用 终端产品 工业,家庭自动化,白色家电,照明 低功耗MCU应用电源 尺寸更小,无负载高效替代电容式滴管 断路器 烟雾传感器 家用电器 智能电表 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 109次 阅读
NCP785A 线性稳压器 10 mA 450 V 超低Iq 高PSRR

NCP4688 LDO稳压器 150 mA 低压差 高PSRR 低噪声

8是一款CMOS 150mA LDO线性稳压器,具有高输出电压精度,具有低噪声输出电压和高纹波抑制性能。低输出噪声电平10uVrms通常保持在任何输出电压。非常常见的SOT23-5封装和小型uDFN 1x1封装适用于工业应用,便携式通信设备和RF模块。 特性 优势 非常高的80 dB PSRR 非常好的噪音消除装置 非常小的包装1x1mm 非常浓缩的PCB的想法 应用 家用电器,工业设备 有线电视盒,卫星接收器,娱乐系统 汽车音响设备,导航系统 笔记本电脑适配器,液晶电视,无线电话和专用局域网系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 10:02 382次 阅读
NCP4688 LDO稳压器 150 mA 低压差 高PSRR 低噪声

NCP59800 LDO稳压器 1 A 低压差 低Iq 低噪声 带使能

00是1 A低压差线性稳压器(LDO)系列,提供高电源纹波抑制(PSRR)和超低输出噪声。该系列LDO采用先进的BiCMOS工艺实现了非常好的电气性能。它是电信设备中使用的噪声敏感模拟RF前端的理想选择。 NCP59800采用3 mm x 3 mmDFN8封装。 特性 优势 2.2 V至6.0 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 低典型静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 1 A(Vout = 2.5 V) 扩展电池范围 极低噪音,15μVrms/ V通常 适用于噪音敏感的应用程序 可调软启动 限制浪涌电流 线路精度±2.5%。负载和温度范围 高输出电压精度 热关断和电流限制保护 保护产品和损坏的系统 使用4.7μF陶瓷输出电容稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电信基础设施 音频 高速I / F(PLL / VCO) 电信设备 工业控制 网络设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 09:02 176次 阅读
NCP59800 LDO稳压器 1 A 低压差 低Iq 低噪声 带使能

NCP177 LDO稳压器 500 mA 低压降 高PSRR 低Iq

是一款超低压降稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。 1.6 V至5.5 V的工作输入电压范围使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP177可完全防止过热和输出短路。启用功能。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,图像传感器...
发表于 07-30 07:02 68次 阅读
NCP177 LDO稳压器 500 mA 低压降 高PSRR 低Iq

NCP3101 同步降压稳压器 PWM 6.0 A

1是一款高效率,宽输入,高输出电流,同步脉冲宽度调制(PWM)降压稳压器,采用2.7 V至18 V电源供电。该器件能够产生低至0.8 V的输出电压.NCP3101可通过内部设置的275 kHz振荡器驱动的MOSFET开关连续输出6 A电流。 40引脚器件提供最佳集成度,以减小电源的尺寸和成本。 NCP3101还集成了外部补偿跨导误差放大器和电容可编程软启动功能。保护功能包括可编程短路保护和欠压锁定(UVLO)。 NCP3101采用40引脚QFN封装。还提供10A版NCP3102。 NCP3101将被NCP3101C替换为每PCN#16498 特性 优势 集成6A开关稳压器 提高功率密度,简化系统级集成 0.8 V +/- 1%内部参考 提高系统级精度 电阻可编程电流限制 优化应用程序的系统保护 275 kHz固定频率操作 效率高(效率> 92%) 6x6 mm QFN封装 减少PCB占位面积和电路板空间需要实施 电容可编程软启动 用于软启动时间可调性的外部电容器 18 mohm内部HS和LS FET 高效运作 2.7 V至18 V电源 宽输入电压范围 应用 终端产品 高功率密度dc-dc 嵌入式...
发表于 07-30 04:02 106次 阅读
NCP3101 同步降压稳压器 PWM 6.0 A

NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

4是安森美半导体迷你电源管理IC系列的一部分。它经过优化,可提供电池供电的便携式应用子系统,如相机模块,微处理器或任何外围设备。该器件集成了两个高效1000 mA降压DC-DC转换器,带有DVS(动态电压调节)和四个低压差(LDO)稳压器,采用WLCSP-30 2.46 x 2.06mm封装。 特性 优势 非常小的封装2.46 x 2.06 mm 减少PCB空间 超低静态电流(典型值105 uA) 节省电池寿命 I 2 C可访问的先前启用设备允许在启动系统之前更改设置 提供设计灵活性 两个DC-DC转换器,效率95%,可编程输出电压0.6 V至3.3 V,12.5 mV步进,1000 mA输出电流能力 四个低噪声,低压差稳压器,可编程输出电压1.0 V至3.3 V,50 mV步进,2 x 150 mA和2 x 300mA输出电流能力,50 uVrms典型低输出噪声 应用 终端产品 电池供电的应用电源管理 核心电压低的处理器的电源 相机模块 外围子系统 USB供电设备 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 MP3播放器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 01:02 84次 阅读
NCP6924 6通道电源管理IC(PMIC) 带有2个DC-DC转换器和4个LDO

NCV8177 LDO稳压器 500 mA 高PSRR 带使能

7是CMOS LDO稳压器,具有500 mA输出电流。输入电压低至1.6 V,输出电压可设置为0.75 V.它提供非常稳定和精确的电压,具有低噪声和高电源抑制比(PSRR),适用于RF应用。 NCV8177适用于为汽车信息娱乐系统和其他功率敏感设备的RF模块供电。由于功耗低,NCV8177具有高效率和低散热性。小型4引脚XDFN4 1.0 mm x 1.0 mm封装使该器件特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.6 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 根据要求提供多种固定输出电压选项和其他选项,范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压差:200 mV典型值。在Iout = 0.5 A(1.8V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 灯光 仪器设备 相机,摄像机,Se nsors 相机 摄...
发表于 07-29 22:02 199次 阅读
NCV8177 LDO稳压器 500 mA 高PSRR 带使能

NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

是一款超低压降稳压器,可提供高达1 A的负载电流,并在-40至85℃范围内保持1.0%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.8 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电的产品以及后调节应用。该产品提供多种固定输出电压选项,其他产品可根据要求提供,范围为1.2 V至3.9 V.NCP186具有完全的过热保护和输出短路保护。小型8引脚XDFN6 1.2 mm x 1.6 mm封装使该器件成为可能特别适用于空间受限的应用。 特性 优势 1.8 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后期调节应用 多种固定输出电压选项及其他可根据要求提供1.2 V至3.9 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 90μA 延长电池寿命 极低压差:100 mV典型值。在Iout = 1 A(3.0V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 在-40至85℃温度范围内的±1.0%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通讯设...
发表于 07-29 22:02 130次 阅读
NCP186 LDO稳压器 1 A 超低压差 高PSRR 带使能

NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能

是一款超低压差稳压器,可提供高达0.5 A的负载电流,并在25°C时保持0.8%的出色输出电压精度。工作输入电压范围为1.4 V至5.5 V,使该器件适用于锂离子电池供电产品以及后调节应用。该产品提供3.3 V固定输出电压选项,其他电压选项可根据要求提供,范围为0.7 V至3.6 V.NCP176具有完全的过热保护和输出短路保护。小型6引脚XDFN6 1.2 mm x 1.2 mm封装使该设备特别适用于空间受限的应用程序。 特性 优势 1.4 V至5.5 V工作输入电压范围 适用于锂离子电池或后调节应用 几种固定输出电压可根据要求提供的选项和其他选项范围为0.7 V至3.6 V 设计灵活性 Typ的低静态电流。 60μA 延长电池寿命 极低压降:130 mV典型值。在Iout = 0.5 A(2.5V版本) 扩展电池范围 1 kHz PSRR时高75 dB 适用于噪声敏感电路 内部软启动 限制浪涌电流 室温下±0.8%精度 高输出电压精度 热关断和限流保护 保护产品和系统免受损坏 使用小型1μF陶瓷电容器稳定 节省PCB空间和系统成本 应用 终端产品 电池供电设备 便携式通信设备 相机,...
发表于 07-29 22:02 81次 阅读
NCP176 LDO稳压器 500 mA 超低压降 高PSRR 带使能