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          基于專用數(shù)字上變頻器的中頻調(diào)制器

          作者: 時(shí)間:2011-07-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          1.3 單音頻方式工作原理
          單音頻工作方式是AD9957通過簡單波形參數(shù)存儲的方法實(shí)現(xiàn)信號調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅的工作方式,如圖2所示。

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/191107.htm

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          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(gè)不同波形。這8個(gè)不同波形可通過3根PROFILE(可表示0~7,8個(gè)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(gè)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(jìn)行調(diào)制信號時(shí),通過控制PROFILE信號線進(jìn)行編碼使其3位二進(jìn)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(gè)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(gè)頻率切換時(shí)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(shí)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(shí),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(gè)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(diǎn)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(gè)碼元期間內(nèi)準(zhǔn)確的線性變化為±π/2;
          (4)在一個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)上述波形的產(chǎn)生,流程如下:
          (1)內(nèi)核時(shí)鐘的產(chǎn)生
          AD9957的內(nèi)核時(shí)鐘既可以直接輸入高頻時(shí)鐘,也可以通過內(nèi)部倍頻器將外部時(shí)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(shí)鐘最大輸入頻率為60 MHz。若采用40 MHz外部時(shí)鐘,倍頻到1 GHz內(nèi)核時(shí)鐘,倍頻寄存器參數(shù)應(yīng)設(shè)定為25。
          在實(shí)際的工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)用于產(chǎn)生AD9957高頻內(nèi)核時(shí)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(shí)鐘直接輸入作為內(nèi)核時(shí)鐘是較好的設(shè)計(jì)方案。
          (2)頻率調(diào)諧字的計(jì)算
          頻率調(diào)諧字是AD9957在單音頻工作模式下,實(shí)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(shí)鐘為1 GHz,其兩個(gè)載頻62.5 MHz和65 MHz的頻率調(diào)諧字(FTW)分別為:
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          (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(shí)鐘為0)變化,從而實(shí)現(xiàn)載波62.5 MHz和65 MHz的實(shí)時(shí)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(gè)PROFILE寄存器的幅度參數(shù)置為0,來實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)踐,可以得出如下結(jié)論:AD9957是一款性能較好的,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(jì)簡單、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn),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(jì)難度以及提高系統(tǒng)性能指標(biāo)的理想數(shù)字化器件。


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