摘  要: 介绍了数字正交上变频器AD9857结构、原理、功能，并给出了其在高频雷达系统发射通道中的具体应用。 

　　关键词: 上变频 AD9857  并口 

　　随着数字技术的发展，短波通信的实现已从模拟电路向数字电路转变，由中小规模向超大规模集成电路转变，进而向软件无线电(Software Radio)的概念发展。数字化是现代通信发展的总趋势。因此，与短波通信联系紧密的高频雷达也必然要向数字化方向发展。一般来讲，在雷达设备或系统中，通用发射通道的电路有两种实现方法:一种是传统的锁相环(PLL)电路;另一种就是直接数字合成(DDS)。与锁相环相比，DDS具有频率分辨率高、频率变化速度快、线性相位变化、易于数字控制等优点，因而发射通道核心部分采用基于DDS的14位正交数字上变频器AD9857。 

　　顾名思义，正交数字上变频器AD9857在雷达系统中起上变频的作用，即将基带数字信号调制到载频，输出调制后的模拟信号。 

1 AD9857的结构和工作原理 

　　AD9857的内部结构如图1所示。主要包括输入数据组合、CIC与反CIC滤波器、固定插值滤波器、正交调制器、DDS核心、反SINC滤波器、输出幅度乘法器、14位DAC。 

1.1 内部结构 

　　输入数据转换 

    将串行输入的基带数字信号转换成14位并行数据。由于基带信号的I/Q分量是交替输入的，所以必须保证I/Q分量与输入时钟PCLK的同步性，使其能转换成两路并行的I/Q数据流，送往下一级电路。 

　　CIC与反CIC滤波器 

　　CIC(内插级联积分梳状滤波器)为一个编程过采样滤波器，过采样率为:2X～63X。 

　　由于CIC具有低通特性，所以在其前端有一个反CIC滤波器来对此加以补偿。 

　　固定插值滤波器 

　　固定插值滤波器由两个半带滤波器HB实现。它用来将输入数据过采样4X。另外，和CIC一样，它也具有低通特性。 

　　正交调制器 

　　用以将基带数字信号的频谱调制到所需的载频上(上变频)。DDS(直接数字合成)产生正交调制所需要的正弦、余弦两路数字载波，其频率可由相应频率控制字控制。CIC输出的I/Q数据分别与这两路数字载波相乘，然后再相加或相减，便得到调制后的数字中频信号。 

　　DDS核心 

　　用于产生sin/cos载波参考信号，载频(f_out)与频率控制字(FTWORD)和系统时钟(SYSCLK)的关系如下: 

　　f_out=(FTWORD* SYSCLK)/2³² 

　　其中，f_out、SYSCLK的单位是Hz， FTWORD是从0到2，147，483，647(2³²-1)的十进制数。 

　　反SINC滤波器 

　　由于14位DAC的零阶保持效应，其输出信号的频谱会被SINC包络所加权。反SINC滤波器对输入数据进行预处理，以抵消SINC包络造成的失真。 

　　输出幅度乘法器 

　　用于对最终输出信号幅度的调整，其值由相应可编程寄存器决定，范围是:0～1.9921875。 

　　14位DAC 

　　用于将数字信号转换成模拟信号。数模转换过程会在n*SYSCLK±F_CARRIER(n=1，2，3)处产生干扰信号，须外接一个RLC滤波器加以消除。 

1.2 工作原理 

　　输入AD9857的是14位并行数据。这14位数据由I/Q交替输入。AD9857只完成数字信号的正交上变频调制，对数字信号的编码、插值、脉冲整形等过程须在其送到AD9857前完成。 

　　AD9857将交替输入的I/Q信号分成两路。从输入到信号分离器一直到正交调制器，AD9857内的数据流都是两路I/Q信号。 

　　AD9857内的系统时钟信号SCLK提供了其内部的所有时序。CIC输出的I/Q数据的采样率与DDS数字载波的采样率相同，也就是AD9857的系统时钟频率SYSCLK。所以调制后的信号实际上是一组采样率为SYSCLK的数据流。 

1.3 工作模式 

　　AD9857具有三种工作模式:正交调制器模式、单频输出模式、插值DAC模式。当工作在正交调制器模式时，DDS核心提供一个正交的本振信号(sin&cos)到正交调制器，在那里分别与I&Q数据相乘、相加，产生一个正交调制的数据流。所有这些都在数字域内发生，仅当数字的数据流加到14位DAC输出时才变成正交调制的模拟输出信号;当工作在单频输出模式时，AD9857相当于一个频率源，14位数据信号并不加到AD9857。内部DDS核心在频率控制字的控制下产生一个单频信号。该信号经过反向SINC滤波器和输出幅度控制器后加到14位DAC输出。当工作在插值DAC模式时，14位数据输出后仍是基带信号，即没有调制。对信号进行过采样操作并保持原始信号的频谱不变时，用该模式。 

2 AD9857的引脚描述和技术特性 

　　AD9857是基于CMOS的超大规模集成芯片，共有80个引脚，各引脚的说明如表1所示。 

　　AD9857的技术特性: 

　　200MHz的内部时钟率 

　　14位的数据总线 

　　极好的动态特性(80dB SFDR @ 65MHz(±100kHz)模拟输出) 

　　4～20倍PLL可编程参考时钟 

　　内置32位正交DDS 

　　FSK兼容 

　　8位输出幅度控制 

    单引脚掉电功能 

　　4个可编程的通过引脚可选的信号模式 

　　反SINC滤波器 

　　简单的控制接口:10MHz串行，2或3线SPI兼容 

    3.3V供电 

　　单端或差分输入的参考时钟 

　　可工作温度范围:-40～+85°C 

　　其封装是80引脚的LQFP表面封装。 

3 计算机并口对AD9857的控制 

　　为便于计算机对AD9857进行实时控制，采用计算机并口(Parallel Port)作为AD9857与计算机的接口。 

3.1 计算机并口的结构 

　　并行端口又叫并行打印机适配器、Centronics适配器、Centronics端口，或简称并口。在通用计算机上，并口的输出连接在一个25针D型连接器上。实际的并口使用了17个信号，分别包括在3个内部端口中。它们是:DATA端口(输入输出端口，包括8个数据信号);STATUS端口(输入端口，包括5个状态信号);CONTROL端口(输出端口，包括4个控制信号)。并口结构如表2所示。 

3.2 计算机并口与AD9857的接口 

　　硬件方面，用一根通用打印机并口线将计算机并口与AD9857电路连接起来，连接方法如表3所示。 

　　软件方面，采用VC6.0语言。分别编写了一个类对并口和AD9857进行控制，通过对这些类的调用分别写出各种实用程序。这样增强了程序的实用性，也便于计算机对并口进行实时控制。 

4 AD9857在高频雷达系统发射通道中的应用 

4.1 发射通道的工作原理 

　　AD9857接收VXI3250(接收机)输出的参考频率作为其参考时钟;接收计算并口输出的控制信号;输出时序控制信号到WT6701(通用DSP芯片TMS320c6701板卡)，同时接收WT6701输出的基带数字信号，生成已调连续射频信号;将射频信号输出给发射机。见图2。在发射通道中，AD9857工作在正交调制模式。 

4.2 实验结果 

　　以下是AD9857对伪随机信号调制后的频谱，即将伪随机信号调制到30MHz载频后的频谱，见图3、图4。AD9857参数设置如下:外接40MHz参考时钟，参考时钟因子为5，CIC插值率为32。 

参考文献 

1 CMOS 200 MSPS 14-Bit Quadrature Digital Upconverter. Analog Devices， Inc， 2000 

2 HIGH SPEED DESIGN TECHNIQUES. Analog Devices，Inc， 2000