摘要：AD9958是美國AD公司采用先進的DDS技術生產(chǎn)的高性能頻率合成器，它能產(chǎn)生雙通道250 MHz的模擬正弦波。現(xiàn)介紹了AD9958的基本特點和引腳功能，分析了其內部結構和工作原理，給出了AD9958在PLL及數(shù)字調制系統(tǒng)中的應用方案。
關鍵詞：AD9958；串口模式；數(shù)字調制；PLL
0 引言
AD9958是Analog Devices公司生產(chǎn)的一款高性能、動態(tài)特性優(yōu)異、可雙路輸出的DDS器件，每路可單獨控制頻率，相位／幅度。這種靈活性可用于校正信號之間由濾波、放大等模擬處理或PCB布局失配而引起的不平衡問題。由于兩個通道共享一個公共系統(tǒng)時鐘，因此它們具有固有的同步性，可支持多個設備的同步。AD9958內部集成了10 bit的輸出幅度控制，內部工作頻率高達500 MHz，使其可產(chǎn)生最高頻率為250MHz的雙路信號。其內部有許多用于控制輸出信號參數(shù)的控制寄存器，具有32位頻率調整分辨率、14位相位失調分辨率、10位輸出幅度可縮放分辨率，有增強數(shù)據(jù)吞吐率的串行SPI口?？晒ぷ饔诙喾N模式，支持單頻信號模式(single-tone)、調制模式(modulation mode)、線性掃頻模式(linearsweep)以及混合信號模式?？梢詧?zhí)行高達16階的頻率、相位或幅度調制(FSK、PSK、ASK)。
1 AD9958的結構
AD9958的串行I／O端口可支持多種配置，提供了極大的靈活性。與ADI公司以往DDS產(chǎn)品中提供的SPI工作模式類似，串行I／O端口提供SPI兼容工作模式。四個數(shù)據(jù)引腳(SDIO_0／SDIO_1／SDIO_2／SDIO_3)對應串行I／O的四種可編程模式，從而提供了高靈活性。AD9958采用高級DDS技術，可在低功耗下提供高性能。這款器件集成了兩個具有卓越寬帶和窄帶SFDR性能的高速10bitDAC。每個通道均具有專用的32bit頻率調諧字、14bit相位偏移和10bit輸出比例乘法器。DAC輸出以電源電壓為參考源，必須經(jīng)由電阻或AVDD中心抽頭變壓器連接到AVDD。每個DAC均具有各自的可編程基準源，用于實現(xiàn)每個通道不同的滿量程電流。當使用REF_CLK作為輸入，并由DAC提供輸出時，這款DDS可用作高分辨率分頻器。兩個通道共用REF_CLK輸入源，REF_CLK輸入源可被直接驅動，或與高達最大值500MSPS的內置REF_CLK乘法器(PLL)配合使用。 PLL倍增因數(shù)的可編程范圍為4～20，步進為整數(shù)。REF_CLK輸入還具有振蕩電路，可將外部晶振用作REF_CLK源，晶振的頻率必須在20 MHz與30 MHz之間，晶振可與REF_CLK乘法器配合使用。
AD9958采用節(jié)省空間的56引腳LFCSP封裝。DDS內核(AVDD和DVDD引腳)采用1．8 V電源供電。數(shù)字I／O接口(sPI)在3．3 V電壓下工作，并需要將DVDD_I／O引腳(引腳49)連接至3．3 V電壓。AD9958可在-40℃～+85℃的工業(yè)溫度范圍內工作。
AD9958的內部結構如圖1所示，主要特性如下：
*兩個500 MSPS同步DDS通道
*所有通道之間獨立的頻率／相位／幅度控制
*頻率、相位和幅度變化時的延時匹配
*卓越的通道間隔離
*線性頻率／相位／幅度掃描功能
*高達16階頻率／相位／幅度調制(引腳選擇)
*內置兩個10 bit數(shù)模轉換器(DAC)
其主要應用在以下幾方面：
*捷變本振(ALO)頻率合成
*相控陣雷達／聲納
*儀器儀表
*同步時鐘
*用于AOTF(聲光可調濾波器)的RF源
*單邊帶抑制載波
*正交通信
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2 引腳說明
AD9958采用56腳LFCSP封裝，其引腳圖如圖2所示，其主要引腳功能如下：
SYNC_IN：同步多片AD9958的輸入信號，使用時與主器件AD9958的SYNC_OUT相連；
SYNC_OUT：同步多片AD9958的輸出信號，使用時與從器件AD9958的SYNC_IN相連；
MASTER_RESET：復位引腳，高電平有效；
PWR_DWN_CTL：電源掉電控制引腳；
CH0_IOUT、CH1_IOUT：通道0、1輸出端，無需上拉電阻，輸出范圍可達AVDD；
CH0_IOUT、CH1_IOUT：通道0、1互補輸出端，無需上拉電阻，輸出范圍可達AVDD；
DAC_RSET：DAC復位端，為DAC創(chuàng)建參考電流，通過一個1．91 kΩ的電阻接至AGND端；
REF_CLK、REF_CLK：參考時鐘或晶振輸入端；
CLK_MODE_SEL：振蕩器模式控制引腳，為1時使能振蕩器為REF_CLK源，為0時不使能；
LOOP_FILTER：與鎖相環(huán)環(huán)路濾波器的零點補償電路連接，此引腳與AVDD間串接一個0 Ω電阻和680pF電容。
P0，P1，P2，P3：調制數(shù)據(jù)引腳；
I／O_UPDATE：I／O口更新寄存器控制端，此引腳上升沿數(shù)據(jù)從串口緩沖器送入寄存器。
：片選端，低電平有效，允許多芯片共用SPI總線；
SCLK：I／O口讀寫時的串行數(shù)據(jù)時鐘輸入端，上升沿寫操作，下降沿讀操作；
SDIO_0：專用串行I／O口引腳；
SDIO_1，SDIO_2，SDIO_3：用作串行I／O口引腳或初始化DAC輸出幅度增減量控制引腳；
SYNC_CLK：同步時鐘輸出引腳，為系統(tǒng)時鐘的4分頻。
3 AD9958串口特點及工作模式
AD9958的串口提高了多種配置，其SPI模式與早期的DDS產(chǎn)品的操作模式兼容。4個串行數(shù)據(jù)引腳(SDIO_0，SDIO_1，SDIO_2，SDIO_3)具有很高的靈活性，可提供4種可編程的串口操作模式，1位串行2線模式、1位串行3線模式、2位串行模式、4位串行模式。表1為4種模式的引腳配置表。
4個串行數(shù)據(jù)引腳中SDIO_1，SDIO_2，SDIO_3還可提供10位的輸出振幅增減量。另外，SDIO_3還可用來提供SYNC_I／O功能，用以再同步串口控制器輸出適當時序。AD9958的SCLK的最高頻率是200 MHz，而4個串口數(shù)據(jù)引腳能進一步提高數(shù)據(jù)吞吐量，可達到800 Mbps。AD9958的串口操作是建立在寄存器級別上的，也就是說串口控制器能識別被訪問的寄存器字節(jié)地址。在串行操作包括指令周期和通信周期，一般先傳送指令周期，指令周期對應于SCLK的前8個上升沿，其對應的指令字(8比特)包含了以下信息：
D7位為R／W位，用于確定指令字后的操作是讀還是寫，高電平為讀，低電平為寫；D6、D5位為無關位；D4～D0位對應于A4～A0，表示隨后的通信周期被訪問的寄存器地址。[!--empirenews.page--]
圖3為1位串行2線模式和2位串行模式的寫時序圖。
4 AD9958在PLL及調制系統(tǒng)中的應用
AD9958具有良好的頻率分辨率和快速、連續(xù)的變頻能力，AD9958的單頻信號模式(single-tone)可應用在PLL系統(tǒng)中，如圖4所示，AD95 10作為相位比較器，與環(huán)路濾波器及壓控振蕩器以及AD9958和低通濾波器共同構成一種PLL系統(tǒng)，在PLL系統(tǒng)中AD9958使輸出具有精確的頻率。
調制信號有較強的抗干擾作用，同時對相鄰信道的信號干擾也較小。并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)廣泛應用于現(xiàn)代通信設備中。在數(shù)字調制中，由于受頻率精確度、穩(wěn)定度和范圍等因素的制約，提高調制方式中的FM速度是難點，用高性能DDS芯片AD9958可以很好的解決這個問題。AD9958具有良好的頻率分辨率和快速、連續(xù)的變頻能力，其工作在調制模式(modulation mode)下，能實現(xiàn)高速數(shù)字調頻，數(shù)字調制系統(tǒng)圖如圖5所示。系統(tǒng)中MCU可使用DSP或高速單片機如ADuC841等，MCU作為控制電路，向AD9958發(fā)送命令字，AD99 58產(chǎn)生所需頻率的正弦或調制信號，經(jīng)低通濾波器后輸出。
5 結束語
高性能可雙路輸出的DDS器件AD9958動態(tài)特性優(yōu)異，每路可單獨控制頻率，相位／幅度，其串口通信有多種模式，內部工作頻率高達500 MHz，可工作于多種模式，支持單頻信號模式(single-tone)、調制模式(moolulation mode)、線性掃頻模式(linearsweep)以及混合信號模式，具有很高的精確性和靈活性，可廣泛應用于數(shù)字調制系統(tǒng)及混合信號系統(tǒng)的設計之中。
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