|
AD9958是美國AD公司采用先進的DDS技術生產的高性能頻率合成器，它能產生雙通道250 MHz的模擬正弦波。現介紹了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及數字調制系統中的應用方案。 0 引言 AD9958是Analog Devices公司生產的一款高性能、動態特性優異、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，有增強數據吞吐率的串行SPI口。可工作于多種模式，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。可以執行高達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。四個數據引腳(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倍增因數的可編程范圍為4～20，步進為整數。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 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：與鎖相環環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：調制數據引腳； I/O_UPDATE：I/O口更新寄存器控制端，此引腳上升沿數據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口讀寫時的串行數據時鐘輸入端，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產品的操作模式兼容。4個串行數據引腳(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個串行數據引腳中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個串口數據引腳能進一步提高數據吞吐量，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。 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及調制系統中的應用 AD9958具有良好的頻率分辨率和快速、連續的變頻能力，AD9958的單頻信號模式(single-tone)可應用在PLL系統中，如圖4所示，AD95 10作為相位比較器，與環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，在PLL系統中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點，因此數字調制信號系統廣泛應用于現代通信設備中。在數字調制中，由于受頻率精確度、穩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、連續的變頻能力，其工作在調制模式(modulation mode)下，能實現高速數字調頻，數字調制系統圖如圖5所示。系統中MCU可使用DSP或高速單片機如ADuC841等，MCU作為控制電路，向AD9958發送命令字，AD99 58產生所需頻率的正弦或調制信號，經低通濾波器后輸出。 5 結束語 高性能可雙路輸出的DDS器件AD9958動態特性優異，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，可廣泛應用于數字調制系統及混合信號系統的設計之中。 |
