一种高性能DDS芯片原理及在跳频系统中的应用.pdf

一种高性能DDS 芯片原理及在跳频系统中的应用 夏金环 北京邮电大学信息工程学院 100876 E-mail ：xcherubsoul@163.com 摘 要：介绍了DDS 的基本原理、DDS 芯片AD9858 功能特点以及芯片的系统结构特点， 并重点分析了AD9858 的两种工作模式，以及在跳频通信系统中的应用。 关键词：DDS；AD9858；跳频； 1. 引言 随着大规模、超高速集成电路技术的迅猛发展，模拟电路占主导地位的接收系统开 始向数字化方向迈进。在频率合成方面，由于高速度、高性能器件的不断推出，直接数字频 率合成器 （DDS）技术的研究越来越深入，其应用范围也更加广泛。从工作原理上讲，DDS 是从相位的概念出发进行频率合成的，由于采用了全数字结构，高速时钟，因而，具有精确 的频率分辨率、高的频率转换速度及可灵活产生多种信号等优点，目前，在许多领域逐渐取 [1] 代模拟电路 。 2. DDS 的工作原理 DDS 的工作原理如图1。 输出 频率控 相位累 波形存 数模转 低通滤 制字 加字 储器 换器 波器 系统时钟 图1 DDS 基本原理框图 DDS 由相位累加器、正弦查表、D/A转换器和低通滤波器组成。参考时钟是一个稳 定的晶体振荡器，用它来同步整个合成器的各个组成部分及外部连接电路。相位累加器 类似于一个简单的计数器，当每个时钟脉冲输入时，它的输出就增加一个步长的相位增 量值。相位增量的大小随外部指令控制字FTW 的不同而不同，一旦给定了相位增量， 输出频率也就确定了。当用这样的数据寻址时，正弦查表就把存储在相位累加器的抽样 值转换成正弦波幅度的数字量函数。D/A变换器把数字量变成模拟量，低通滤波器进一 [4，5] 步平滑，并滤除带外杂散，得到所需的信号波形 。 3. DDS器件AD9858 介绍[3] AD9858 是美国Analog Device 公司于2002 年9 月推出的高性能的DDS 芯片，具有GSPS （千兆次采样/秒）速率的直接数字频率合成器、支持2GHz 的时钟输入（提供可选两分频）、 - 1 - 内部集成10 位的D/A 转换器，具备快速频率转换、精细频率分辨率和低相位噪声输出的性 能，这些性能使其广泛应用与跳频通信系统中，解决了跳频系统中的关键技术问题。 [2] AD9858 的典型参数如下 ： 采样速率：GSPS(千兆次采样/秒) ； 系统最高时钟：1GHz ；支持2GHz 的外部输入时钟（可选两分频）； D/A 转换器：10 位； 相位噪声：小于-145dBc/Hz@1kHz （输出频率在100MHz 时）； 可编频率寄存器：32 位； 带有8 位并行和SPI 串行控制接口； 自动频率扫描功能； 4 组频率寄存器； 集成150MHz 输入的鉴相器；支持400MHz 输入（可选4 分频）； 集成2GHz 的模拟混频器； 工作电源：3.3V； 功率损耗：2W ； 采用 100 管脚的TQFP/EP 封装。 AD9858 芯片的内部结构如图2 所示，它共分三大模块：DDS模块、PLL模块和模 拟混频器模块。各部分主要功能是：DDS核在数字域产生表示正弦曲线的数字值，通 过设