ad9854 工作原理

AD9854 采用 80 脚 LQFP 封装,其内部共有 40 个 8 位的控制寄存器,分别用来控制输出信号频率、相位、幅度、步进斜率等,以及一些特殊控制位。下表给出了控制寄存器的分布情况。

 

 

AD9854 能够产生多种形式的额输出信号,工作模式的选择是通过对控制寄存器 IFH 中的三个位(Mode2、Mode1、Mode0)的控制来实现的。见下表。

 

 

事实上,除上述工作方式外,通过不同工作方式的组合控制,还可以产生更多的输出信号形式(例如,非线性调频信号)。下面分别予以介绍。

 

单频模式(SingleTone)

这是 AD9854 复位后的缺省工作模式。输出频率由写入控制寄存器 04H~09H 中的 48 位频率调谐字 1(FrequcncyTuningWordI--FTW)决定,相位由控制寄存器 00H~01H 中的 14 位相位调谐字决定,1 和 Q 通道的输出信号幅度可分别由控制寄存器 21H~22H、23H~24H 中的两个 12 位幅度调整控制字决定。此时,频率调谐字 2(FTW2,0AH~0DH)和相位调谐字 2(02H~03H)不用。

 

频率调谐字(FTW)=(fout&TImes;2N)/fsysglk

其中,fout;输出信号频率(0~fsysglk/2);

N,相位累加器的分辨率,这里是 48 位;

fsysglk,系统时钟。

 

值得注意的是,1 和 Q 通道的输出在任何时侯都是正交的。另外,所有频率的改变都是相位连续的。

 

频移键控模式(FSK)

两个频率 F1、F2 分别由 FTW1 和 FTW2 中的值决定,输出哪个频率由 Pin29 的电平决定。Pin29 为“0“,输出 F1;Pin29 为“I”输出 F2。

 

频率渐变 FSK(RampedFSK)

AD9854 提供一种频率渐变的 FSK 输出模式,可改善输出信号的带宽性能。其输出滤形与传统的 FSK 的差别见图 1。

 

此时,频率由 Fl 到 F2 的变化不是突变的,而是按一定的斜宰逐渐从 F1 变化到 F2. 该斜率由 20 位的渐变速率时钟(RampRateClock-RRC,1AH~1CH)和 48 位的频率步进字《(DetaFrequencyWord--DFW,10H~15H)寄存器中的值共同决定。

 

 

FTW1 寄存器中置低频控制字,FTW2 寄存器中置高频控制字;RRC 寄存器中置渐变过程中每个中间频率的持续时间控制字。48 位的 DFW 寄存器中的值决定了每次频率步进量。频率的上升或下降由 Pin29 上的电平决定。Pin29 为“0”,上升:Pin29 为“1“,下降。当到达终点频率后则停止渐变并保持该终点频率。

 

A. 自动三角波形频率输出。若置位控制寄存器 1FH 中的 Triangle 位,则无需 Pin29 脚上的电平控制,AD9854 就能按照 RRC 和 DFW 寄存器中的设置产生从 Fl 到 F2,然后立刻再从 F2 到 F1 的锯齿形频率输出。

 

B. 控制位 CLRACCI(]FH 寄存器中):当该位置“1”时,则停止现行的频率渐变过程,回到起始频率重新开始下一个渐变过程。

 

C. 控制位 CLRACC2(1FH 寄存器中):该位置“1”时,AD9854 输出直流信号(0Hz)。

 

二位相移键控模式{BPSK)

这种工作方式的控制类似于 FSK 模式。两个输出相位 P1 和 P2 分别由两个 14 位相位调整控制字寄存器(00H~0lH,02H~03H)决定;Pin29 上的电平决定用哪个作起始相位。输出信号的烦率由 FTW1 寄存器中的值决定。

 

相位分辨率=360 度 /2 的 14 次方=0.022033691 度

 

线性调频模式(FMChirp)

AD9854 按用户所要求的频率分辨率、调频斜率、扫频方向和频宰范围产生精确的线性或非线性调频信号。此时,寄存器 FTWl 中装入的值决定起点频率;频率步进量由寄存器 DFW 决定;中间频率持续时间由寄存器 RRC 决定,Pin29 为“保持(Hoid)”功能,高电平时 .Chirp 过程暂停,输出频率保持此前值不变,直至 Pin29 又重新变为低电平后,再以原来的斜率继续原 Chirp 过程。

 

需要注意的是,Chirp 模式只规定了起点频率,而没有设定终点频率,所以需要由用户来决定何时停止该过程。若没有及时发出停止指令,频率会持续上升到 fsysglk/2 为止。

AD9854 应用电路图

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:

 

 

键盘共设有 16 个键,由 P1.0~P1.3 四条行线和 P1.4~P1.7 四条列线构成。其中包括数字键、单位键及功能键,用来对所需信号的频率、幅度及功能进行控制,最后输出的信号频率、幅度等信息通过液晶显示屏显示出来。显示部分采用国显公司的 GXM1602NSL 液晶模块,它的核心是 HD44780。与 W78E58 的数据传输采用 8 位并行传输,可显示两行共 32 个点阵字符。HD44780 支持用户自定义字符,故可以通过编程将频率、幅度、波形等汉字及数字信息显示出来。还采用了通信接口(RS232)与 PC 机相联,PC 机的控制命令可以通过 TXD(Pin10)和 RXD(Pin11)与 W78E58 进行交互,控制信号源的输出。

 

 

基于 FPGA 控制 AD9854 产生正弦波

用 FPGA 控制 AD9854 产生雷达信号源,这里主要向大家介绍如何在 FPGA 中利用 verilog 语言(硬件描述语言)控制 AD9854 产生正弦波。由于我们采用 SPI 总线的形式实现,主要涉及到时钟信号、片选信号以及正弦波的控制字编写。首先向大家展示一下顶层框图,我们是在 uartus/' target='_blank'>QUARTUSII8.1 环境下运行的。具体见图一:

 

 

 

从上图可以看出,基于 FPGA 控制产生正弦波,主要包含以下几部分:

A:时钟分频部分;B:DDS 控制信号部分;C:AD9854 控制字部分。

 

(一)时钟分频部分

由于我们从外部输入的为 50MHZ,而对于 SPI 总线,根据其协议,时钟一般为 100KHZ 或者 400KHZ,我们用的是 10MHZ,涉及到 5 分频电路设计。具体设计见下图所示:

 

 

(二)DDS 控制信号部分

AD9854 芯片的复位信号,模式选择信号以及片选信号,都在这部分包含,在这里我们将模式选择和波形关键字信号引脚,直接引至地线处理。AD9854 复位和 I/O 口复位信号都是依靠时钟信号的。片选信号是在时钟信号出现一段时间后产生 DDS 芯片的片选信号。

 

(三)AD9854 控制字部分

这部分主要涉及如何很好的把握时序,我们将预先计算好的控制存在预定的存储器中,通过时钟同步信号有序的读取这些控制字。具体关键部分见下图: