基于專用數(shù)字上變頻器的中頻調(diào)制器

在單音頻調(diào)制模式下，正交調(diào)制電路被關(guān)閉。用戶可通過SPI總線接口將需要產(chǎn)生的波形參數(shù)包括幅度、相位、頻率輸入內(nèi)部相關(guān)寄存器。最多可存儲8個不同波形。這8個不同波形可通過3根PROFILE(可表示0～7，8個狀態(tài))控制信號線來選擇內(nèi)部對應(yīng)參數(shù)的波形并從D／A模擬輸出。以FSK信號為例：可將兩個不同的載波頻率f1和f2分別量化為頻率調(diào)諧字并從SPI接口輸入到0號和1號PROFILE寄存器(輸入其他PROFILE寄存器亦可，只要波形編碼尋址正確即可)。在進行調(diào)制信號時，通過控制PROFILE信號線進行編碼使其3位二進制碼表示的數(shù)據(jù)在(0，1)之間變化，相應(yīng)D／A輸出的模擬信號波形就會隨著在碼流的控制下在兩個載頻之間變化。
AD9957內(nèi)部輸出的數(shù)字信號碼流是由相位累加而成，可以在兩個頻率切換時保證載波相位的連續(xù)性，不會因信號相位跳變而使高次諧波分量的幅度提高。
OSK(幅度鍵控)信號是AD9957在單音頻工作方式下實現(xiàn)載波調(diào)制的重要信號。當(dāng)系統(tǒng)需要以脈沖方式輸出調(diào)制信號時，可以使AD9957工作在OSK有效模式下，這樣調(diào)制信號的輸出幅度會受OSK信號的控制在O和最大值之間變化，使中頻調(diào)制信號以脈沖格式輸出。中頻調(diào)制信號脈沖周期、脈寬和OSK信號一致，但由于芯片內(nèi)部處理延遲，中頻調(diào)制信號輸出會滯后OSK信號幾個微秒(固定值)。

2 通過AD9957產(chǎn)生調(diào)制信號
MSK和BPSK信號是數(shù)字通信中使用較為廣泛的載波調(diào)制方式。通過AD9957很容易產(chǎn)生這兩種信號波形。
2．1 基于波形參數(shù)控制的MSK調(diào)制
2．1．1 MSK調(diào)制信號特性
MSK最小頻移鍵控是調(diào)制為0．5且相位連續(xù)的FSK載波調(diào)制信號。其特點如下：
(1)已調(diào)信號的振幅是恒定的；
(2)信號的頻偏嚴(yán)格等于±1／4 Ts(Ts是信息碼片寬度)，相應(yīng)的調(diào)制指數(shù)h=(f2-f1)／Ts=1／2；
(3)以載波相位為基準(zhǔn)的信號相位在一個碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確的線性變化為±π／2；
(4)在一個碼元期間，信號應(yīng)包括1／4載波周期的整數(shù)倍；
(5)在碼元轉(zhuǎn)換時刻信號的相位是連續(xù)的(沒有跳變)；
(6)功率普滾降速度快，帶外輻射較小。
以中心載頻為63．75 MHz，碼速率為5 Mb／s的MSK調(diào)制信號為例：
(1)兩個載頻f1=62．5 MHz，f2=65 MHz，其調(diào)制指數(shù)h=(65-62．5)MHz=2．5 MHz=1／2速率。
(2)在一個碼片周期內(nèi)(200 ns)所包含的中心載頻63．75 MHz的1／4周期個數(shù)P：
P=0．2／(1／63．75)×(1／4)=51，是整數(shù)，滿足約束條件。
2．1．2 AD9957波形參數(shù)控制產(chǎn)生MSK調(diào)制信號
在以中心載頻為63．75 MHz，碼速率為5 Mb／s的MSK調(diào)制信號系統(tǒng)中，AD9957可通過控制內(nèi)部寄存器以開關(guān)切換的方式實現(xiàn)上述波形的產(chǎn)生，流程如下：
(1)內(nèi)核時鐘的產(chǎn)生
AD9957的內(nèi)核時鐘既可以直接輸入高頻時鐘，也可以通過內(nèi)部倍頻器將外部時鐘倍頻產(chǎn)生，內(nèi)部倍頻器最大倍頻數(shù)為127(7 b)。采用內(nèi)部倍頻方式，時鐘最大輸入頻率為60 MHz。若采用40 MHz外部時鐘，倍頻到1 GHz內(nèi)核時鐘，倍頻寄存器參數(shù)應(yīng)設(shè)定為25。
在實際的工程實踐中發(fā)現(xiàn)用于產(chǎn)生AD9957高頻內(nèi)核時鐘的鎖相環(huán)電路性能較差，會影響系統(tǒng)信號質(zhì)量，因此通過外部高頻時鐘直接輸入作為內(nèi)核時鐘是較好的設(shè)計方案。
(2)頻率調(diào)諧字的計算
頻率調(diào)諧字是AD9957在單音頻工作模式下，實現(xiàn)信號調(diào)制的重要參數(shù)。對于中心載頻為63．75 MHz，碼速率為5 Mb／s的MSK調(diào)制系統(tǒng)，假定AD9957的內(nèi)核時鐘為1 GHz，其兩個載頻62．5 MHz和65 MHz的頻率調(diào)諧字(FTW)分別為：

(3)波形參數(shù)的注入與控制
通過SPI數(shù)據(jù)總線，分別將FTW1和FTW2輸入對應(yīng)寄存器PROFILE0和PROFILE1。系統(tǒng)工作方式設(shè)置成單音頻模式。外部信息碼片(200 ns)通過控制信號線PROFILE[2：0]數(shù)據(jù)線使其狀態(tài)在0，1(PROFILE1，2時鐘為0)變化，從而實現(xiàn)載波62．5 MHz和65 MHz的實時切換產(chǎn)生MSK調(diào)制信號。在脈沖系統(tǒng)中也可以通過將某一個PROFILE寄存器的幅度參數(shù)置為0，來實現(xiàn)脈沖發(fā)射。同樣這樣的脈沖系統(tǒng)也可以采用MSK方式實現(xiàn)。通過波形參數(shù)方式產(chǎn)生MSK調(diào)制信號是AD9957簡單可靠的調(diào)制波形生成方法，通過這種方法同樣也可以實現(xiàn)BPSK，QPSK調(diào)相信號，只不過PRO-FILE控制的參數(shù)由頻率變成了相位。但在單音頻工作方式下通過波形參數(shù)控制方式較難實現(xiàn)對基帶碼流的成形濾波，信號的頻譜特性相對較差。

3 結(jié)論
通過理論分析和工程實踐，可以得出如下結(jié)論：AD9957是一款性能較好的數(shù)字上變頻器，以該芯片構(gòu)建的載波調(diào)制器具有調(diào)制輸出信號質(zhì)量高、電路功耗低、設(shè)計簡單、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點，是降低各類高速軟件無線通信系統(tǒng)的調(diào)制設(shè)備設(shè)計難度以及提高系統(tǒng)性能指標(biāo)的理想數(shù)字化器件。