在傳統(tǒng)的數(shù)字信號源設計中，調制信號對于擾有較強的抵抗作用，同時對相鄰信道的信號干擾也較小，要得到調制信號，一般都采用對波形發(fā)生器件逐點送控制字的方法來實現(xiàn)。調制信號具有解調方便且易于集成等優(yōu)點，因此數(shù)字調制信號系統(tǒng)可廣泛應用于現(xiàn)代通信設備及科研教學儀器中。

　　由于受頻率度、穩(wěn)定度和范圍等因素的制約，提高數(shù)字調制方式中的FM速度是難點，這是高速調制信號源的技術瓶頸。直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術具有頻率切換速度快、分辨率高、頻率和相位易于控制等特點，因此在各種數(shù)字系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)及設備中頻率源設計的。

　　本文采用ADI公司新產品AD9957設計出高速雙通道調制信號源，具有電路結構簡單，度和穩(wěn)定度高、容易實現(xiàn)各種調制等特點。

2 AD9957簡介

　　AD9957是美國模擬器件公司(Analog Devices，Inc)生產的內置14位數(shù)模轉換器的直接數(shù)字頻率合成器(DDS)集成電路。它采用數(shù)字技術合成多種跳頻應用所需要的模擬波形，例如無線基站、軍事和民用雷達、測試設備和安全通信系統(tǒng)。其采樣速度達到1 GS／s，同時功耗比其他直接頻率合成器減小50％以上，廣泛應用于各種通信、儀表儀器和國防應用。

　　AD9957動態(tài)性能提高到高達400 MHz輸出頻率，而且無雜散動態(tài)范圍(SFDR)高達80 dB以上。應用到無線和有線系統(tǒng)中時，利用AD9957調制器或正交數(shù)字上變頻器(QDUC)提供的高達400 MHz中頻的實時輸出達到簡化數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康摹?/P>

　　AD9957還可提供用于快速編程的寬并行裝入接口，它具有一個更新速率達250 MHz的16 bit并行端口，允許每隔8 ns更新32 bit的頻率控制字。這種快速編程能力使之可以用于高速波形發(fā)生器、跳頻合成器、安全通信以及各種雷達和掃描系統(tǒng)等需要頻率或相位極快變化的場合。

　　此外，AD9957支持高達400 MHz輸出的正交數(shù)字上變頻器(QDUC)。由于AD9957內部集成了高速DDS、14 bit DAC、時鐘倍頻電路和數(shù)字濾波器，當應用于無線或有線通信基礎設施系統(tǒng)時，可以實現(xiàn)基帶上的變頻，使數(shù)據(jù)傳輸簡單、成本低、效率高。1 GS／s的數(shù)控振蕩器(NCO)和DAC允許AD9957提供高達400 MHz的直接輸出，因此無需使用上變頻級，而且降低了對濾波器的要求。

　　AD9957的主要特點：32位相位累加器；波特率達25 Mb／s的SPI接口；內置1 024×32位RAM，可實現(xiàn)內部調制功能；內部采用1.8 V供電，超低功耗；內置的低噪聲參考時鐘倍頻器允許用低成本、低頻外部時鐘作為系統(tǒng)時鐘，同時仍可提供優(yōu)良的動態(tài)性能：支持測試向量和幅度斜坡式控制功能。

3 系統(tǒng)硬件電路設計

　　主要由上位機、單片機系統(tǒng)、波形發(fā)生及調理電路4部分組成。PC機為主控制設備．控制波形產生時所需要的各種參數(shù)，通過RS232串行通信接口傳送給單片機，單片機主要完成與控制計算機進行通訊，根據(jù)輸入的信息產生各種控制字；對DDS器件寫入頻率控制字、幅度控制字、相位控制字和模式控制字，產生各種控制信號等功能。調理電路由功率放大、濾波電路、衰減電路等幾部分組成。單片機采用89C52，因其具有指令速度快、SPI接口與AD9957完全兼容的優(yōu)點，在低速調制時采用逐點送控制字的方法實現(xiàn)高速調制和低速調制的無縫銜接。

　　控制電路以單片機為，利用89C52豐富的I／O資源和功能強大的事件管理器模塊，對各外圍電路進行實時控制，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。

4 系統(tǒng)工作原理

4.1 工作原理

　　單片機是整個系統(tǒng)的控制中心，它控制AD9957的輸出。控制設備通過RS232接口把所需的頻率字、工作模式、幅度字、相位字等有關信息發(fā)送到89C252單片機，單片機經(jīng)過運算后產生一定的模式控制字、頻率控制字、相位控制字和幅度控制字，按照相應的寄存器地址寫入AD9957，使其輸出兩路特定頻率、相位和幅值的信號。

　　本系統(tǒng)波形發(fā)生電路的兩個通道是相互獨立的，具有3種工作模式：(1)輸出高頻正弦波(400 MHz)或同步正弦波；(2)輸出相互獨立的高速頻率、相位調制波；(3)選擇一個通道作為載波，另一個通道作為基波進行調制，可實現(xiàn)高速調幅波輸出。

　　首先，實現(xiàn)正弦信號的產生。AD9957可以提供多種內部時鐘產生方式，本文采用外部加參考時鐘的方式，AD9957內部集成了一個鎖相環(huán)，能夠對外部輸入時鐘進行12～127倍可編程倍頻，本設計采用12 MHz的有源晶體振蕩器，可得到400MHz內部系統(tǒng)時鐘。其中倍頻系數(shù)可以通過給DDS送控制字CFR3來設置。根據(jù)采樣定理和器件的頻率輸出關系，計算出頻率控制字，由PC機發(fā)送給單片機，并寫入AD9957，就可以實現(xiàn)高穩(wěn)定性的輸出信號。

　　其次，實現(xiàn)調制輸出。選擇一個通道作為載波通道，另一個作為基波，采用高速多路開關將基波切換到另外一個通道的幅度輸入，就可以實現(xiàn)高速調幅波輸出。AD9957內置了1 024×32位RAM。同理，調頻和調相也都是通過設置命令控制字實現(xiàn)。

4.2 單片機與AD9957的通信

　　本系統(tǒng)大多數(shù)操作是對DDS器件進行控制，這些控制是通過向DDS器件寫命令控制字實現(xiàn)的。AD9957通過串行口實現(xiàn)對AD9957內部寄存器的讀寫，讀寫時序受到引腳SCLK上時鐘信號的控制，串口寫操作時序如圖3所示。其中，指令字節(jié)指出是讀還是寫操作，以及對應的寄存器地址。在AD9957中串行操作是在寄存器級，而不是在字節(jié)級執(zhí)行。AD9957與控制器件(單片機)的通信周期分兩個階段，個階段是指令周期，在這個階段把指令字節(jié)寫入AD9957，在每個SCLK上升沿寫入一位。指令字節(jié)除了指出讀寫操作和寄存器地址外，還同時給出了第二個階段所要傳送數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。第二個階段為數(shù)據(jù)傳送周期，傳送波形參數(shù)的控制字。

5 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)原理

　　本系統(tǒng)軟件主要由基于PC機的系統(tǒng)控制程序和基于單片機的器件控制程序兩部分組成，它有兩個主要任務，其一，提供友好的輸入界面，接收用戶要求的波形參數(shù)，并將它轉換成AD9957的控制字形式；其二，完成與單片機的通信。程序采用VB6.0編寫，利用它提供的專用于串行通信的Active控件來實現(xiàn)串行通信。

6 結束語

　　文中利用數(shù)字頻率合成器件，以單片機為控制，設計出了一款高性能高速數(shù)字調制信號源。本設計主要有以下特點：采用DDS技術，可以滿足高線性度、高穩(wěn)定度、高信噪比和低雜散的要求；用上位機可以簡單方便地控制信號波形參數(shù)，為不同頻率、不同波形的要求提供了通用平臺；能夠在產生中頻信號的同時對信號進行任意包絡的波束調制；能夠完成正交檢波和正交調制的功能；硬件結構簡單，功能劃分清晰，兩個通道可單獨當作普通高頻信號源使用。

參考文獻:

[1]. AD9957 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/AD9957_1135770.html.
[2]. RS232 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/RS232_585128.html.
[3]. 89C52 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/89C52_105388.html.