高效FSK/PSK调制器利用多通道DDS实现零交越切换

　　频移键控 (FSK)和相移键控 (PSK) 调制方案广泛用于数字通信、雷达、RFID以及多种其他应用。最简单的FSK利用两个离散频率来传输二进制信息，其中，逻辑1代表传号频率，逻辑0代表空号频率。最简单的PSK为二进制(BPSK)，采用两个相隔180°的相位。图1展示了这两种调制方式。

　　

 

　　图1.二进制FSK (a)和PSK (b)调制。

　　直接数字频率合成器(DDS)的调制输出能以相位连续或相位相干方式实现频率和/或相位切换(如图1所示)，使DDS技术成为FSK和PSK两种调制方式的理想选择。

　　本文将介绍如何利用两个同步DDS通道来实现零交越FSK或PSK调制器。在此，我们将利用AD9958双通道、500 MSPS、纯粹的DDS来实现零交越切换频率或相位，但是任何双通道同步解决方案应该都可以实现这一功能。在相位相干雷达系统中，零交越切换可以减少目标特征识别所需要的后期处理量，而且在零交越PSK可以减少频谱散射。

　　尽管AD9958 DDS通道的两个输出相互独立，但它们共用一个内部系统时钟，并在同一硅片上，因此，当温度和供电发生变化时，它们比同步的多个单通道器件的输出具有更加可靠的通道间一致性。另外，不同器件间可能存在的工艺差异性也大于同一硅片上两个通道之间的工艺差异性，由此使多通道DDS成为零交越FSK或PSK调制器的首选。

　　

 

　　图2.零交越FSK或PSK调制器的设置。

　　任何DDS的一个关键元件是相位累加器，在本方案中，其位宽为32位。当累加器溢出时，会保留任何剩余值。当累加器溢出而无余数时(见图3)，输出正好为相位0，DDS引擎从时间0时的值开始工作。零溢出的发生速率被称为DDS的完全重复率(GRR)。

　　

 

　　图3.累加器溢出的基本DDS。

　　GRR由DDS频率调谐字(FTW)最右侧的非零位决定，其计算公式如下：

　　GRR = FS/2n

　　其中：

　　FS是DDS的采样频率。

　　n是FTW最右侧的非零位。

　　例如，设一个采样频率为1 GHz的DDS采用32位传号FTW和空号FTW，其二进制值如下所示。此时，两个FTW之一最右侧的非零位是第19位，因此，GRR = 1 GHz/219，约合1907 Hz。

　　传号 (CH0) 00101010 00100110 10100000 00000000

　　空号(CH0) 00111010 11110011 11000000 00000000

　　GRR (CH1) 00000000 00000000 00100000 00000000

　　DDS本身即以相位连续方式开关频率。这意味着，当频率调谐字变化时，不会出现瞬时相位变化。即是说，当新的FTW有效时，累加器将从其当前所处相位开始累加新的FTW。但是，相位相干却要求瞬时转换至新频率的相位，就如新频率始终存在一样。因此，为了使标准DDS能实现相位相干的FSK频率切换，从传号频率到空号频率的变换必须在两个频率具有相同的绝对相位时进行。为了以相位相干方式实现零交越切换，DDS必须在0度进行频率转换(即当累加器的溢出剩余量为零时)。因此，我们必须确定相位相干零交越发生的常数。如果已知传号和空号FTW的GRR，则两个GRR(若不同)中较小者为所需相位相干零交越点。

　　在实现相位相干零交越切换时必须遵循三条标准：

　　必须能确定与图2中CH0关联的传号和空号FTW二者中较小的GRR。

　　必须将第二DDS通道(图2中的CH1)同步至图2的CH0，并使FTW中除对应于较小GRR的一位之外全部为零。

　　必须能利用第二通道的翻转来在图2中CH0上触发频率变换。

　　不幸的是，在DDS累加器达到零时与输出端出现零相位时二者之间的延迟会进一步增加解决方案的复杂程度。可喜的是，该延迟是恒定不变的。对于理想解决方案，必须对辅助通道进行相位调整，以补偿该延迟。AD9958的两个通道都有一个相位偏移 字，可用其来解决这一问题。