14位积分数字上行转换器AD9857的工作原理、特性和应用分析

引言

当今通信信道正朝着全数字化方向迅速发展，数字化的优点是直接处理器控制、高速可编程能力和可配置能力、精密跳频和微调、长期稳定性、高集成度、缩小电路板尺寸并降低元器件成本。由于DDS芯片的处理速度快，性能优越，并集成了D/A转换器和DDS结构，因而获得了广泛应用。

AD9857的工作原理、特性及其工作原理

AD9857是Analog Devices公司推出的一种单片混合信号的14位积分数字上行转换器，采样速率为200MSPS，可产生直流到80MHz的数字输出和80dB窄带的无杂散信号动态范围。

AD9857具有200MHz内部时钟速度，集成了带锁定指示器的4～20倍可编程时钟倍频器，可提供高精度的系统时钟，单端或者差分输入参考时钟，而且可以输出数据时钟；内部32位正交DDS，可实现FSK调制功能；四种可编程、引脚可选“profile”，具有单引脚节电模式；14位DDS和DAC和数据路径结构，可接受复合I/Q输入数据；32位频率控制字，而且控制接口简单：10MHz串行，并与SPI兼容；具有反转SINC功能，在DAC变换之前恢复出想得到的信号包络；有很好的动态特性：当65Hz模拟信号输出时，D/A转换电路输出的无杂散动态范围SFDR大于80dB，并且能够对8位输出进行幅度控制；电压为直流3.3Ｖ，工作温度为-40～+85℃。

AD9857按照模拟域到数字域的Tx路径来实现上变频功能，集成有一个高速DDS、14位DAC、数字滤波器、时钟倍增器电路和一个80引脚LQFP封装的用户可编程阵列。它接受复合I/Q输入数据，对其采样，积分调制到一载波信号，输出为一频率捷变模拟调制载波。此外，利用输出信号的镜像，允许用户取消模拟上变频级，但仍能满足严格的频谱掩蔽要求。

由于所有的调制信号在理论上都可以分解为同向和正交两路信号，所以用正交调制法可以实现几乎所有的调制方式。因此，AD9857能够进行GMSK、CDMA、OFDM、多种QAM或任何其他复合调制。

AD9857的功能结构原理框图如图1所示，主要包括输入数据组合、CIC与反CIC滤波器、DDS核心、反SINC滤波器、输出幅度乘法器以及14位DAC。

工作原理

AD9857接收的是14位并行数据，由I/Q交替输入。AD9857只能完成数字信号的正交上变频调制，所以数字信号的编码、插值以及脉冲整形等过程就必须在输入到AD9857之前完成。AD9857将交替输入的I/Q信号分成两路，并且在到达正交调制器之前一直保持两路。

AD9857的内部系统时钟信号SCLK提供了其内部所需要的所有时序。CIC滤波器输出的I/Q信号的采样率与DDS数字载波的采样率（即系统时钟频率SYSCLK）相同，因此AD9857输出的调制信号实际上是采样率为SYSCLK的数字信号。

工作模式

AD9857有三种不同的工作模式以满足用户的不同需要：正交调制模式（默认）、单频输出模式、插值DAC模式。当工作在正交调制模式时，DDS核心产生正交的本振信号（即sin/cos信号）到正交调制器，分别与I/Q信号相乘之后相加，产生正交调制信号。最后通过14位DAC变为正交调制的模拟信号输出。当工作在单频输出模式时，AD9857相当于一个频率发生器，内部DDS核心根据输入的频率控制字产生一定频率的信号。当工作在插值DAC模式时，输入的14位基带信号在经过AD9857的处理之后仍然是基带信号，并没有任何的调制处理。

在数字调制系统中的应用

DDS技术是一种波形合成技术，是以参考信号源的固定时钟作为取样信号对所求频率信号进行相位取样的，因此合成信号的频率稳定度由参考源的频率稳定度决定，可以输出一个高稳定度的信号。DDS的频率牵引范围很宽，理论上是没有限制的，这一点是PLL频率合成器无法办到的。同时由于DDS是一个全数字结构的开环系统，没有反馈环节，所以频率合成的转换时间极短（可达几纳秒），特别适合要求高速转换频率的场合。另外DDS的频率步进可以做到很小（可以小到微赫级）。同时，DDS的全数字化结构便于集成，输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控，完全可以采用数字调制方式来代替模拟调制方式。AD9857在数字调制系统中的应用如图2所示。

该系统采用AD9857的第一种工作模式，即系统默认的正交调制模式来进行调制。如图中所示，该系统由AD9857波形生成部分，DSP数字信号处理器部分和人机接口单元组成。数字信号处理器完成信号的编码并根据人机接口的输入形成控制AD9857工作的控制字，然后将编码后的数字基带信号和控制字输入AD9857，通过对DDS芯片AD9857输入的控制字选择调制方式，完成FSK、CDMA、GMSK、OFDM、多种QAM及任何其他复合调制，具体调制方式中的载波和符号速率也可以通过对控制寄存器值的改变而随意改变。

结束语

直接频率合成（DDS）是近年来出现的一种频率合成器的新方法。由于应用全数字的大规模集成技术，具有体积小、价格低、频率分辨率高、快速换频、易于智能控制等突出特点，近年来DDS发展迅速，倍受青睐。AD9857提供符合当今高数据速率无线通信和宽带通信系统所要求的直接数字合成（DDS）和DAC性能，可构成适用于蜂窝基站传输路径和其他无线通信的优良数字解决方案。

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