使用AD9852實(shí)現(xiàn)的10～12.2MHz跳頻源

    摘要：AD9852是美國AD公司研制的一款性能優(yōu)異的DDS芯片，可廣泛應(yīng)用于軍事和民用等各個(gè)領(lǐng)域。文中給出了一種以AD9852為核心的短波通信跳頻源的設(shè)計(jì)方案。

    關(guān)鍵詞：DDS;跳頻源；濾波器；單片機(jī)； AD9852

ＤＤＳ是一種直接對(duì)參考時(shí)鐘進(jìn)行抽樣、數(shù)字化，然后用數(shù)字計(jì)算技術(shù)產(chǎn)生頻率的頻率合成方法。它的工作原理是在采樣頻率一定的條件下，通過控制兩次連續(xù)采樣之間的相位增量（不得大于π）來改變所得的離散序列的頻率，然后經(jīng)保持和濾波，唯一地恢復(fù)出該頻率的模擬信號(hào)。ＤＤＳ的工作原理框圖如圖１所示。

ＡＤ９８５２是ＡＤ公司的ＤＤＳ芯片?可廣泛用于軍事通信、雷達(dá)等各個(gè)領(lǐng)域。文中用ＡＤ９８５２實(shí)現(xiàn)的跳頻源可在外部撥碼開關(guān)的控制下對(duì)輸出頻率進(jìn)行調(diào)整，以完全達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

１　ＡＤ９８５２簡(jiǎn)介

ＡＤ９８５２的功能框圖由圖２所示。由圖可見，ＡＤ９８５２內(nèi)部包括一個(gè)具有４８位相位累加器的ＮＣＯ、一個(gè)可編程時(shí)鐘倍頻器、一個(gè)反ＳＩＮＣ濾波器、兩個(gè)１２位３００ＭＨｚ ＤＡＣ、一個(gè)高速模擬比較器以及接口邏輯電路。其主要特點(diǎn)如下：

●帶有３００ＭＨｚ內(nèi)部時(shí)鐘；

●可輸出ＦＳＫ、ＢＰＳＫ、ＰＳＫ、ＣＨＩＲＰ、ＡＭ等信號(hào)；

●帶有兩個(gè)１２位Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器；

●１００ＭＨｚ時(shí)具有８０ｄＢ ＳＦＤＲ的動(dòng)態(tài)性能；

●內(nèi)含４ｘ到２０ｘ可編程參考時(shí)鐘倍頻器；

●帶有兩個(gè)４８位可編程頻率寄存器和兩個(gè)１４位可編程相位偏移寄存器；

●具有１２位調(diào)幅及可編程整形功能；

●帶有單引腳ＦＳＫ和ＢＰＳＫ數(shù)據(jù)接口。

●有１０ＭＨｚ的２線或３線ＳＰＩ兼容串口接口和１００ＭＨｚ ８位并行接口。

圖2

    ＡＤ９８５２采用小型８０引腳ＬＱＦＰ封裝，３．３Ｖ單電源供電，使用十分方便。但由于該器件功耗較大（普通工作模式下約為１．５Ｗ），因此應(yīng)用時(shí)應(yīng)特別注意散熱，避免芯片由于過熱而損壞。

２　跳頻源主要指標(biāo)及設(shè)計(jì)方案

跳頻源的主要指標(biāo)如下：

●輸出頻率：１０～１２．２ＭＨｚ；

●步進(jìn)：１００ｋＨｚ；

●跳頻時(shí)間：小于１ｍｓ；

●輸出功率：１０ｄＢｍ；

●諧波抑制：６０ｄＢｃ；

●相位噪聲：－１３０ｄＢｃ／Ｈｚ ＠１０ＫＨｚ；

●寬頻帶無雜散動(dòng)態(tài)范圍（ＳＦＤＲ）：５０ｄＢｃ。

根據(jù)上述指標(biāo)要求，筆者采用ＡＴ８９Ｃ５１單片機(jī)來控制ＡＤ９８５２以實(shí)現(xiàn)該跳頻源。參考信號(hào)由４０ＭＨｚ的恒溫石英晶體振蕩器（ＯＣＸＯ）產(chǎn)生。為了抑制雜散，方案中在ＡＤ９８５２的ＤＡＣ輸出端加上截止頻率為１６ＭＨｚ的低通濾波器。ＡＤ９８５２的輸出信號(hào)功率大約為－８ｄＢｍ，而這顯然不能滿足要求，因此?筆者選用了ｍｉｎｉ公司的一款優(yōu)秀的放大模塊ＥＲＡ－３來對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大（約２０ｄＢ）。同時(shí)?在輸出端加上低通濾波器來抑制放大模塊所產(chǎn)生的諧波。

圖3

３　基于ＡＤ９８５２的跳頻源設(shè)計(jì)

３．１ ＡＤ９８５２控制電路

圖３所示是ＡＤ９８５２的控制電路。對(duì)ＡＤ９８５２的控制可采用ＡＴ８９Ｃ５１單片機(jī)的并行通信方式。將ｃｏｓｉｎｅ ＤＡＣ（４８腳）作為ＡＤ９８５２的輸出端，撥碼開關(guān)用于控制單片機(jī)的Ｐ２．０～Ｐ２．５，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出頻率調(diào)諧字的控制，進(jìn)而控制輸出頻率。

３．２ 低通濾波器的設(shè)計(jì)與制作

要實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)在電路中使用兩個(gè)截止頻率為１６ＭＨｚ的７階切比雪夫?yàn)V波器?其電路圖如圖４所示。在濾波器的設(shè)計(jì)過程中，如何準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)高Ｑ值的電感，直接影響著濾波器的最終性能。由圖４可知，濾波器中的電感量約為７００ｎＨ，可采用ＡＷＧ＃２６漆包線繞在磁導(dǎo)率為２０的鎳鋅磁環(huán)上，然后與一個(gè)已準(zhǔn)確得知容值的電容（如１００ｐＦ左右）相并聯(lián)，接著在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上測(cè)出它的并聯(lián)諧振點(diǎn)，從而推算出所繞電感的大小。接下來仔細(xì)調(diào)節(jié)諧振點(diǎn)就可以確定所需的電感量。采用這種方法確定的電感準(zhǔn)確度高，實(shí)現(xiàn)方便。圖５為用ＡＤＳ仿真的濾波器傳輸特性曲線（Ｓ２１），其中電感Ｑ值設(shè)定為５０。實(shí)際做出的濾波器性能與仿真結(jié)果基本一致。

    ３．３ 軟件部分

設(shè)計(jì)該跳頻源軟件時(shí)，首先應(yīng)對(duì)單片機(jī)中一些特殊端口進(jìn)行初始化設(shè)定：

ＵＰＤ ＥＱＵ Ｐ１．７

ＷＲＢ ＥＱＵ Ｐ１．６

ＳＰＳ ＥＱＵ Ｐ２．７

ＲＥＳ ＥＱＵ Ｐ２．６

在完成對(duì)單片機(jī)本身以及ＡＤ９８５２的初始化過程之后，單片機(jī)就可開始對(duì)端口２進(jìn)行讀數(shù)，以確定所需輸出信號(hào)的頻率。由于ＡＤ９８５２的頻率字為４８比特（６個(gè)字節(jié)），因此實(shí)際地址應(yīng)該是Ｐ２口后６位讀出的數(shù)的６倍。

ＲＥＡＤＰＯＲＴ:ＭＯＶ Ａ，Ｐ２;

ＡＮＬ Ａ，＃３ＦＨ;

ＭＯＶ Ｒ１，Ａ:

ＡＤＤ Ａ，Ｒ１:

ＡＤＤ Ａ，Ｒ１:

ＡＤＤ Ａ，Ｒ１:

ＡＤＤ Ａ，Ｒ１:

ＡＤＤ Ａ，Ｒ１:

然后將相應(yīng)位置的頻率字寫到ＡＤ９８５２的頻率字寄存器。

ＥＲＳＩ:ＭＯＶ Ｒ１ ，＃０６Ｈ ；每個(gè)頻點(diǎn)需要送４８位數(shù)

ＭＯＶ Ｒ３ ，＃４４Ｈ ；ＦＴＷ１的最高位地址為０４Ｈ

ＳＴＡＲＴ:ＭＯＶ Ｒ２，Ａ；

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＴＡＢ２ ；將ＴＡＢ２表首地址送ＤＰＴＲ

ＦＲＥＱ: ＭＯＶ Ｐ１，Ｒ３；

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ ；將ＡＣＣ對(duì)應(yīng)地址中的數(shù)送入ＡＣＣ

ＭＯＶ Ｐ３，Ａ；

ＣＬＲ ＷＲＢ；

ＳＥＴＢ ＷＲＢ；

ＳＥＴＢ ＵＰＤ；

ＣＬＲ ＵＰＤ；

ＩＮＣ Ｒ３ ；地址加１

ＩＮＣ Ｒ２；

ＭＯＶ Ａ，Ｒ２；

ＤＪＮＺ Ｒ１，ＦＲＥＱ；

ＮＯＰ；

ＲＥＴＵＲＮＳ:ＡＪＭＰ ＲＥＡＤＰＯＲＴ ;開始新一輪讀數(shù)

最后是程序的結(jié)尾部分，主要是ＡＤ９８５２初始化以及頻率字的內(nèi)容。

ＴＡＢ１:ＤＢ ２０Ｈ,００Ｈ,４０Ｈ;對(duì)ＡＤ９８５２進(jìn)行初始化

ＴＡＢ２:ＤＢ ４０Ｈ,００Ｈ,００Ｈ,００Ｈ,００Ｈ,００Ｈ；頻率字１

ＤＢ ４０Ｈ,０Ａ３Ｈ,０Ｄ７Ｈ,０ＡＨ,３ＤＨ,７０Ｈ；頻率字２

ＤＢ ４１Ｈ,４７Ｈ,０ＡＥＨ,１４Ｈ,７ＡＨ,０Ｅ１Ｈ；頻率字３

…………

ＥＮＤ

４　結(jié)束語

以ＡＤ９８５２為核心設(shè)計(jì)的短波通信跳頻源，可通過外部撥碼開關(guān)來對(duì)輸出頻率進(jìn)行有效控制，最后得到輸出功率為１０．５～１１ｄＢｍ、諧波抑制優(yōu)于６５ｄＢｃ、雜散優(yōu)于６０ｄＢｃ的正弦波。由于ＡＤ９８５２的功耗較大，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)芯片采取有效的散熱措施，否則容易使芯片過熱而損壞，這一點(diǎn)應(yīng)該引起設(shè)計(jì)者充分地重視。