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基于专用数字上变频器的中频调制器

导读: 在复杂的数字中频信号处理系统中,数字上变频器是产生调制信号的一个重要环节。通过对数字中频上变频基本原理和技术特点的研究,采用ADI公司AD9957数字上变频器实现了常见的几种码速率较高的调制波形。

  引言 

  根据奈奎斯特以离散量描述一个正弦波至少需要2个点的波形幅度值。但在实际的工程应用中为了保证信号失真满足系统基本要求,至少需要2.5个离散幅值点来描述一个周期的正弦波信号,若使系统调制信号达到较高的质量则需要8个离散幅值点。 

  例如对于载频为70MHz的数字调制系统,就必须以175~560MHz的信号速率输出数字波形。若系统中频定在100MHz就必须以250~800MHz的信号速率输出幅值。要产生这样高速率的调制波形,以目前的数字器件的技术水平存在一定困难,虽然D/A转换器的速率已经达到1GHz以上,但另一个重要的数字信号处理器部件FPGA,却很难以这样的信号速率输出信号波形所对应的离散幅值点。同时信号的高速率给FPGA同D/A转换器之间的信号连接带来了困难,为保证信号完整性的同时尽量减少高速信号带来的板内串扰,致使PCB板的设计趋向复杂化。 

  因此采用内核速率较高的专用调制芯片,使高速信号的产生、处理、控制、传输过程被封闭在单一芯片内完成,回避了由FPGA产生高速数据流带来的技术困难,以及PCB设计的复杂化。ADI公司针对通信市场设计的高速数字上变频器AD9957是实现高速数字调制的具有普遍适应性的一款高性能芯片。 

  1 .AD9957数字上变频器基本技术特性 

  1.1 基本技术指标 

  AD9957内部集成了大量硬件资源,包括正交数字上变频器、滤波器、时钟倍频器、D/A转换器、增益控制器、参数寄存器、波形存储RAM、SPI接口控制器等。可通过对其内部信号参数寄存器的配置产生多种复杂波形。AD9957内核基本性能参数如下: 

  1 GSPS内部时钟速率,模拟输出信号最高频率为400MHz;1 GSPS同步时钟,14b D/A输出;相位噪声小于125dBc/Hz(400MHz);8个可编程键控波形存储寄存器(键控幅度、频率、相位);正交信号输入速率为250MHz/18b;三种可编程工作模式:正交调制方式;单音频方式;内插DAC方式。 

  由上述技术指标可知产生一个载频100MHz的中频调制信号,AD9957在最高内核时钟的驱动下可以实现每个正弦波周期以10个离散幅度点输出,超过高质量波形要求的8个离散幅度点。此外8个键控波形存储寄存器,可以通过控制信号对存储波形的切换实现MSK,BPSK QPSK,8P-SK,MFSK等多种高速率的调频、调相信号。14b的D/A可实现84dB输出信号动态范围。在正交调制工作模式下最大基带码流的输入速率可达250MSPS(I/Q两路总合)。 

  1.2 正交调制方式工作原理 

  正交调制方式是AD9957的基本工作方式,如图1所示。 

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