AD9854 特征

·300M 内部时钟频率

·可进行频移键控(FSK),二元相移键控(BPSK),相移键控(PSK),脉冲调频(CHIRP),振幅调制(AM)操作

·正交的双通道 12 位 D/A 转换器

·超高速比较器,3 皮秒有效抖动偏差

·外部动态特性:

80 dB 无杂散动态范围(SFDR)@ 100 MHz (±1 MHz) AOUT

·4 倍到 20 倍可编程基准时钟乘法器

·两个 48 位可编程频率寄存器

·两个 14 位可编程相位补偿寄存器

·12 位振幅调制和可编程的通断整形键控功能

·单引脚 FSK 和 BPSK 数据输入接口

·PSK 功能可由 I/O 接口实现

·具有线性和非线性的脉冲调频(FM CHIRP)功能,带有引脚可控暂停功能

·具有过渡 FSK 功能

·在时钟发生器模式下,有小于 25 ps RMS 抖动偏差

·可自动进行双向频率扫描

·能够对信号进行 sin(x)/x 校正

·简易的控制接口:

可配置为 10MHZ 串行接口,2 线或 3 线 SPI 兼容接口或 100MHZ 8 位并行可编程接口

·3.3V 单电源供电

·具有多路低功耗功能

·单输入或差分输入时钟

·小型 80 脚 LQFP 封装

 

AD9854 构成的信号发生电路

这里采用了 AD9854 这款 DDS 芯片, 它在 300 MHz 时钟驱动下, 按照乃奎斯特采样定律可以产生最高 150 MHz 的信号,为了得到信号较好的频率则一般只得到最高 100 MHz 的信号。若要得到高于 100 MHz 的信号, 则可采用其高次谐波得到。基于 AD9854 的信号发生电路如图 所示:

 

 

基于 AD9854 产生 MSK 调制信号

由于 AD9854 支持 FSK 调制方式,实际上我们所需要的 MSK 信号就是一种特殊的正交 FSK 信号,其特殊性在于其两组频率之间的差值是满足这两组频率正交性的最小频差。值得注意的是,MSK 信号的相位是连续的,在调制的过程中我们为了保证产生的 MSK 信号的相位连续性需要加入相位常量,这将增加 MSK 调制系统的复杂性。而 AD9854 芯片的优势之一就是芯片输出信号的相位是连续的。因此,采用 AD9854 来产生 MSK 信号将大大地降低系统的复杂性。

 

1、FPGA 配置

在实际运用中,需要 AD9854 产生符合要求的 MSK 信号,则要采用 FPGA 对 AD9854 进行配置。FPGA 与 AD9854 硬件连接如图 1 所示,图中管脚定义如表 1 所示。

 

 

当把硬件电路搭建完毕之后,就可以使用 FPGA 去配置 AD9854 中的寄存器以实现 AD9854 的相应功能,以使 AD9854 产生 MSK 信号。

 

对于 MSK 信号,其两组频率相互正交,其频差△f=f2-f1=1/2Tb,即调制指数 h 为:

 

 

由式(5)可以看出,为了保证相位的连续性,在本比特区间所加的相位常量不仅与本比特区间的输入有关,还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关,这将大大增加了非 AD9854 方法产生 MSK 信号的难度。但是在第 1 节提到 AD9854 芯片本身就可以保证输出信号相位的连续性,因此在本系统设计中,不需要考虑 MSK 信号的相位连续问题。

 

本系统中 AD9854 产生的 MSK 信号的参数如表 2 所示。

 

 

根据式(3),得到 MSK 信号的两组频率为:

 

 

2、AD9854 寄存器

AD9854 拥有很高的可操作性,它拥有 39 个可配置寄存器,可以根据用户要求对频率、相位、幅度、时钟等参数进行配。AD9854 所有需要配置的寄存器如表 3 所示。

 

 

3、实验结果

根据本文提出的 MSK 信号生成方法生成 MSK 信号,用示波器观测生成信号如图 2 所示,用频谱分析仪观测生成信号频谱如图 3 所示。

 

 

系统中 MSK 信号两组频率的频差只有 100 Hz,因此,MSK 的时域波形类似于正弦波如图 2 所示。从示波器中的波形可以看出该法生成的 MSK 信号包络恒定、相位连续,稳定无抖动。

 

用频谱仪观测的 MSK 信号频谱,可得输出中心频率为 300KHz,输出电平为 -14dBm,无杂散动态范围达到 60dB,满足指标要求。