AD9857電力線通信發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用

摘要：AD9857是一種可廣泛用于電力線通信中的數(shù)字上變頻芯片，文中介紹了AD9857的工作原理和使用方法，并針對(duì)電力線通信發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)，詳細(xì)討論了AD9857的配置和相關(guān)電路的設(shè)計(jì)方法。
關(guān)鍵字：AD9857；電力線通信；數(shù)字上變頻

0 引言
電力線通信PLC (Power Line Communication)技術(shù)作為一種新型的通信方式，被廣泛用于遠(yuǎn)程監(jiān)控指示、設(shè)備保護(hù)、電力線自動(dòng)抄表、電網(wǎng)負(fù)載控制和供電管理等領(lǐng)域。隨著通信科技的不斷發(fā)展，軟件無(wú)線電技術(shù)為電力線通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新的方法?；谲浖o(wú)線電的電力線通信發(fā)射機(jī)硬件平臺(tái)包括FPGA模塊、AD9857上變頻模塊、濾波放大模塊及其它模塊。其中，F(xiàn)PGA模塊用于進(jìn)行基帶處理和系統(tǒng)控制。AD9857模塊用于實(shí)現(xiàn)基帶信號(hào)的數(shù)字上變頻，并將基帶信號(hào)變頻為中頻信號(hào)，然后通過濾波放大模塊，送入電力線耦合模塊。因此AD98-57是連接數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的橋梁，其性能的好壞將影響電力線通信的質(zhì)量。

1 AD9857的工作原理
AD9857是由Analog Devices公司研發(fā)的14位積分?jǐn)?shù)字上變頻器件，具有200 MHz內(nèi)部時(shí)鐘速度。它集成了帶鎖定指示器的4～20倍可編程時(shí)鐘倍頻器，可提供高精度的系統(tǒng)時(shí)鐘；可選擇單端或者差分輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘，輸入時(shí)鐘范圍為10～50MHz；具有14位DUC、DAC數(shù)據(jù)通道，且集成了兩個(gè)插值濾波器及CIC預(yù)先補(bǔ)償濾波器，可接受復(fù)合I／Q數(shù)據(jù)輸入；具有32位頻率控制字，最高可產(chǎn)生90 MHz的載波輸出，同時(shí)由DDS提供正交載波，可實(shí)現(xiàn)PAM、QAM、ASK、FSK等多種信號(hào)的上變頻調(diào)制；具有10MHz串行通信控制接口，可與SPI兼容；具有8位的輸出幅度控制及較好的動(dòng)態(tài)輸出特性，例如當(dāng)輸出65 MHz模擬信號(hào)時(shí)，其無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍SFDR大于80 dB。
AD9857主要由14位并行數(shù)據(jù)輸入接口、CIC反轉(zhuǎn)濾波器、固定插值因子濾波器、CIC可編程插值濾波器、正交調(diào)制器、直接數(shù)字頻率生成器DDS、反轉(zhuǎn)SINC濾波器、14位DAC以及串行通信端口、內(nèi)部寄存器、時(shí)鐘電路等部分組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能如圖1所示。

AD9857有三種工作模式：正交調(diào)制模式、單頻模式以及內(nèi)插數(shù)模轉(zhuǎn)換模式。此處選取正交調(diào)制模式。AD9857的核心部分是內(nèi)插濾波器與正交數(shù)字混頻器。內(nèi)插濾波器通過在原始取樣值附近增加新的取樣值――零值來增加輸出信號(hào)的采樣率，但在時(shí)域中向數(shù)據(jù)插入零值時(shí)，信號(hào)將會(huì)在頻域上產(chǎn)生原始信號(hào)頻譜的鏡像。因此，還需通過低通濾波器將鏡像頻譜濾除。正交數(shù)字混頻器將內(nèi)插后的I／Q信號(hào)與正交載波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字混頻，來完成上變頻過程。正交載波信號(hào)由直接數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn)生，其載波頻率可通過一個(gè)32位的寄存器控制，具有較高的頻率精度。

2 AD9857的初始化
AD9857的初始化主要是通過對(duì)一個(gè)串行接口配置AD9857及其內(nèi)部參數(shù)的方式進(jìn)行。AD9857提供了一個(gè)靈活的同步串行通信口，該串口兼容Motorola的6095／11 SPI協(xié)議及Intel8051SSR等協(xié)議，允許對(duì)配置AD9857的所有寄存器進(jìn)行讀寫操作。同時(shí)，在支持單字節(jié)和多字節(jié)傳輸
方式的情況下還可支持先傳MSB，或先傳LSB的傳輸方式，此處選用MSB方式，其串口管腳包括CS、SDIO、SD0、SCLK和SYNCIO。
AD9857的一個(gè)串口通訊周期分為以下兩個(gè)階段：
第一階段是指令周期，即對(duì)AD9857的指令字節(jié)的寫入。指令字節(jié)給AD9857的串口控制提供有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸周期的信息，并可確定即將到來的數(shù)據(jù)傳輸是讀還是寫、數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)以及傳輸?shù)牡谝粋€(gè)字節(jié)的寄存器地址。
第二階段是數(shù)據(jù)傳輸周期。每個(gè)通訊周期的前8個(gè)SCLK上升沿用來寫AD9857的指令字節(jié)，其余的SCLK上升沿是為了通訊周期的第二個(gè)階段，即AD9857和系統(tǒng)控制器間的數(shù)據(jù)傳輸。AD9857的所有數(shù)據(jù)傳輸在SCLK上升沿被寄存，在下降沿被送出。圖2所示是寄存器數(shù)據(jù)寫時(shí)序圖。
SYNCIO信號(hào)可用于串口同步。當(dāng)傳輸一個(gè)周期后，為防止符號(hào)同步丟失，應(yīng)使SYNCIO信號(hào)拉升為一高電平，并持續(xù)一個(gè)時(shí)鐘周期，而后重新拉低，即開始下一個(gè)通信周期。