数字正交上变频器AD9857在高频雷达系统中的应用

2006-05-07 15:50:01来源: 电子技术应用

随着数字技术的发展、短波通信的实现已从模拟电路向数字电路转变,由中小规模向超大规模集成电路转变,进而向软件无线电(Software Radio)的概念发展。数字化是现代通信发展的总趋势。因此,与短波通信联系紧密的高频雷达也必然要向数字化方向发展。一般来讲,在雷达设备或系统中,通用发射通道的电路有两种实现方法:一种是传统的锁相环(PLL)电路;另一种就是直接数字合成(DDS)。与锁相环相比,DDS具有频率分辨率高、频率变化速度快、线性相位变化、易于数字控制等优点,因而发射通道核心部分采用基于DDS的14位正交数字上变频器AD9857。

顾名思义,正交数字上变频器AD9857在雷达系统中起上变频的作用,即将基带数字信号调制到载频,输出调制后的模拟信号。

1 AD9857的结构和工作原理

AD9857的内部结构如图1所示。主要包括输入数据组合、CIC与反CIC滤波器、固定插值滤波器、正交调制器、DDS核心、反SINC滤波器、输出幅度乘法器、14位DAC。

1.1 内部结构

输入数据转换

将串行输入的基带数字信号转换成14位并行数据。由于基带信号的I/Q分量是交替输入的,所以必须保证I/Q分量与输入时钟PCLK的同步性,使其能转换成两路并行的I/Q数据流,送往下一级电路。

CIC与反CIC滤波器

CIC(内插级联积分梳状滤波器)为一个编程过采样滤波器,过采样率为:2X~63X。

由于CIC具有低通特性,所以在其前端有一个反CIC滤波器来对此加以补偿。

固定插值滤波器

固定插值滤波器由两个半带滤波器HB实现。它用来将输入数据过采样4X。另外,和CIC一样,它也具有低通特性。

    正交调制器

用以将基带数字信号的频谱调制到所需的载频上(上变频)。DDS(直接数字合成)产生正交调制所需要的正弦、余弦两路数字载波,其频率可由相应频率控制字控制。CIC输出的I/O数据分别与这两路数字载波相乘,然后再相加或相减,便得到调制后的数字中频信号。

DDS核心

用于产生sin/cos载波参数考信号,载频(fout)与频率控制字(FTWORD)和系统时钟(SYSCLK)的关系如下:

fout=(FTWORD* SYSCLK)/2 32

其中,fout、SYSCLK的单位是Hz,FTWORD是从0到2,147,483,647(2 32-1)的十进制数。

反SINC滤波器

由于14位DAC的零阶保持效应,其输出信号的频谱会被SINC包络所加权。反SINC滤波器对输入数据进行预处理,以抵消SINC包络造成的失真。

输出幅度乘法器

用于对最终输出信号幅度的调整,其值由相应可编程寄存器决定,范围是:0~1.9921875。

14位DAC

用于将数字信号转换成模拟信号。数模转换过程会在n*SYCLK±FCARRIER(n=1,2,3)处产生干扰信号,须外接一个RLC滤波器加以消除。

1.2 工作原理

输入AD9857的是14位并行数据。这14位数据由I/Q交替输入。AD9857只完成数字信号的正交上变频调制,对数字信号的编码、插值、脉冲整形等过程须在其送到AD9857前完成。

AD9857将交替输入的I/Q信号分成两路。从输入到信号分离器一直到正交调制器,AD9857内的数据流都是两路I/Q信号。

AD9857内的系统时钟信号SCLK提供了其内部的所有时序。CIC输出的I/Q数据的采样率与DDS数字载波的采样率相同,也就是AD9857的系统时钟频率SYSCLK。所以调制后的信号实际上是一组采样率为SYSCLK的数据流。

1.3 工作模式

AD9857具有三种工作模式:正交调制器模式、单频输出模式、插值DAC模式。当工作在正交调制器模式时,DDS核心提供一个正交的本振信号(sin&cos)到正交调制器,在那里分别与I&Q数据相乘、相加,产品一个正交调制的数据流。所有这些都在数字域内发生,仅当数字的数据流加到14位DAC输出时才变成正交调制的模拟输出信号;当工作在单频输出模式时,AD9857相当于一个频率源,14位数据信号并不加到AD9857。内部DDS核心在频率控制字的控制下产生一个单频信号。该信号经过反向SINC滤波器和输出幅度控制器后加到14位DAC输出。当工作在插值DAC模式时,14位数据输出后仍是基带信号,即没有调制。对信号进行过采样操作并保持原始信号的频谱不变时,用该模式。

2 AD9857的引脚描述和技术特性

AD9857是基于CMOS的超大规模集成芯片。共有80个引脚,各引脚的说明如表1所示。

表1 AD9857引脚

引脚 助记符 I/O 引脚 助记符 I/O
20~14,7~1 D0~D6,D7~D13 I 45 IOUT O
8~10,31~33,73~75 DVDD   46 IOUT O
11~13,28~30,70~72,76~78 DGND   49 DAC_BP  
21 PS1 I 50 DAC_RESET I
22 PS0 I 55 PLL_FILTER O
23 CS I 60 DIFFCLKEN I
24 SCLK I 62 REFCLK I
25 SDIO I/O 63 REFCLK I
26 SDO O 66 DPD I
27 SYNCIO I 67 RESET I
34,41,51,57 NC   68 PLL_LOCK O
35,37,38,43,48,54,58,65, AVDD   69 CIC_OVRFL O
36,3910,42,44,47,53,56,59,61,65 AGND   79 PDCLK/FUD I/O
      80 TxENABLE I

AD9857的技术特性:

200MHz的内部时钟率

14位的数据总线

极好的动态特性(80dB SFDR @ 65MHz(±100kHz模拟输出)

4~20倍PLL可编程参考时钟

内置32位正交DDS

FSK兼容

8位输出幅度控制

单引脚掉电功能

4个可编程的通过引脚可选的信号模式

反SINC滤波器

简单的控制接口:10MHz串行,2或3线SPI兼容

3.3V供电

单端或差分输入的参考时钟

可工作温度范围:-40~+85℃

其封装是80引脚的LQFP表面封装。

3 计算机并口对AD9857的控制

为便于计算机对AD9857进行实时控制,采用计算机并口(Parallel Port)作为AD9857与计算机的接口。

3.1 计算机并口的结构

并行端口又叫并行打印机适配器、Centronics适配器、Centronics端口,或简称并口。在通用计算机上,并口的输出连接在一个25针D型连接口上。实际的并口使用了17个信号,分别包括在3个内部端口中。它们是:DATA端口(输入输出端口,包括8个数据信号);STATUS端口(输入端口,包括5个状态信号);CONTROL端口(输出端口,包括4个控制信号)。并口结构如表2所示。

表2 并口结构

DB-25 Centronic 寄存器 I/O 数据位
1 1 Control out C0
2~9 2~9 Data out D1~D8
10 10 Status in S6
11 11 Status in S7
12 12 Status in S5
13 13 Status in S4
14 14 Control out C1
15 32 Status in S3
16 31 Control out C2
17 36 Control out C3
18~25 19、21、23、25、27、29、30、34     GROUND

3.2 计算机并口与AD9857的接口

硬件方面,用一根通用打印机并口线将计算机并口与AD9857电路连接起来,连接方法如表3所示。

表3 AD9857与并口的连接

并口引脚 AD9857引脚 并口寄存器
p1 LtchData c0
p2 Sclk(pin24) d0
p3 SDIO(pin25) d1
p4 Cs(pin23) d2
p5 Ps0(pin22) d3
p6 Ps1(pin21) d4
p7 Reset(pin21) d5
p8 Reset(pin67) d6
p9 SYNCIO(pin27) d7
p14 DIG_PWOR_Down(pin66) c1
p31 FUD(pin79) c2
p32 Readback_Enable s3
p36 =1,disable FUD input,modulation
=0,enable FUd input,sigle tone
c3

软件方面,采用VC6.0语言。分别编写了一个类对并口和AD9857进行控制,通过对这些类的调用分别写出各种实用程序。这样增强了程序的实用性,也便于计算机对并口进行实时控制。

4 AD9857在高频雷达系统发射通道中的应用

4.1 发射通道的工作原理

AD9857接收VXI3250(接收机)输出的参考频率作为其参考时钟;接收计算并口输出的控制信号;输出时序控制信号到WT6701(通用DSP芯片TMS320c6701板卡),同时接收WT6701输出的基带数字信号,生成已调连续射频信号;将射频信号输出给发射机。见图2。在发射通道中,AD9857工作在正交调制模式。

4.2 实验结果

以下是AD9857对伪随机信号调制后的频谱,即将伪随机信号调制到30MHz载频后的频谱,见图3、图4。AD9857参数设置如下:外接40MHz参考时钟,参考时钟因子为5,CIC插值率为32。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/dsp/200605/2721.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved