作者：David Brandon and Jeff Keip

頻移鍵控 （FSK） 和相移鍵控 （PSK） 調(diào)制方案用于數(shù)字通信、雷達(dá)、RFID 和許多其他應(yīng)用。FSK 的最簡(jiǎn)單形式使用兩個(gè)離散頻率來(lái)傳輸二進(jìn)制信息，邏輯 1 表示標(biāo)記頻率，邏輯 0 表示空間頻率。PSK最簡(jiǎn)單的形式是二進(jìn)制（BPSK），它使用相隔180°的兩個(gè)相位。圖1顯示了兩種類型的調(diào)制。

圖1.二進(jìn)制 FSK （a） 和 PSK （b） 調(diào)制。

直接數(shù)字頻率合成器（DDS）的調(diào)制輸出可以以相位連續(xù)或相位相干的方式切換頻率和/或相位，如圖1所示，如“多通道DDS支持相位相干FSK調(diào)制”中所述，使DDS技術(shù)非常適合FSK和PSK調(diào)制。

本文介紹兩個(gè)同步DDS通道如何實(shí)現(xiàn)過(guò)零FSK或PSK調(diào)制器。此處，AD9958雙通道、500 MSPS、完整DDS（見附錄）用于在過(guò)零點(diǎn)切換頻率或相位，但任何雙通道同步解決方案都應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)此功能。在相位相干雷達(dá)系統(tǒng)中，過(guò)零切換減少了目標(biāo)特征識(shí)別所需的后處理量;在過(guò)零處實(shí)施PSK可減少頻譜飛濺。

雖然兩個(gè)AD9958 DDS通道輸出都是獨(dú)立的，但它們共享一個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，并駐留在一塊硅片上，因此它們應(yīng)該在溫度和電源偏差范圍內(nèi)提供比多個(gè)單通道同步器件輸出更可靠的通道間跟蹤。不同器件之間可能存在的工藝變異性也大于您在單片硅片中制造的兩個(gè)通道之間可能看到的任何工藝變異性，這使得多通道DDS更適合用作過(guò)零FSK或PSK調(diào)制器。

圖2.過(guò)零FSK或PSK調(diào)制器的設(shè)置。

任何DDS的一個(gè)關(guān)鍵元素是相位累加器，在此實(shí)現(xiàn)中，其寬度為32位。當(dāng)累加器溢出時(shí)，它會(huì)保留任何多余的價(jià)值。當(dāng)累加器溢出且沒有余數(shù)時(shí)（參見圖 3），輸出正好處于相位 0，DDS 引擎從時(shí)間 0 的位置重新啟動(dòng)。經(jīng)歷零溢出的速率稱為 DDS 的大重復(fù)率 （GRR）。

圖3.帶溢出累加器的基本 DDS。

GRR 由 DDS 頻率調(diào)諧字 （FTW） 最右邊的非零位確定，由以下公式確定：

GRR = FS/2n

其中：

FS是 DDS 的采樣頻率。
n 是 FTW 最右邊的非零位。

例如，假設(shè)采樣頻率為 1 GHz 的 DDS 采用 32 位標(biāo)記和空格 FTW，并顯示二進(jìn)制值。在本例中，任一 FTW 最右邊的非零位是 19千位，因此 GRR = 1 GHz/219，或大約 1907 Hz。

Mark (CH0) 00101010 00100110 10100000 00000000
Space(CH0) 00111010 11110011 11000000 00000000
GRR (CH1) 00000000 00000000 00100000 00000000

DDS固有地以相位連續(xù)的方式切換頻率。這意味著當(dāng)頻率調(diào)諧字發(fā)生變化時(shí)不會(huì)發(fā)生瞬時(shí)相變。也就是說(shuō)，累加器從應(yīng)用新 FTW 時(shí)的任何相位位置開始累積新的 FTW。另一方面，相位相干需要瞬時(shí)過(guò)渡到新頻率的相位，就好像新頻率一直存在一樣。因此，為了使標(biāo)準(zhǔn)DDS實(shí)現(xiàn)相位相干FSK開關(guān)，當(dāng)兩個(gè)頻率具有相同的絕對(duì)相位時(shí)，必須發(fā)生從標(biāo)記頻率到空間頻率的變化。為了以相位相干的方式實(shí)現(xiàn)過(guò)零開關(guān)，DDS必須在0度（即，當(dāng)累加器溢出零過(guò)量時(shí)）進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換。因此，我們必須確定相位相干過(guò)零的時(shí)刻。如果標(biāo)記和空格FTW的GRR已知，則兩個(gè)GRR中較小的一個(gè)（如果不同）將指示所需的相位相干零交叉點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)相位相干過(guò)零開關(guān)需要三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：

確定與圖2的CH0相關(guān)的標(biāo)記和空格FTW的較小GRR的能力。

第二個(gè)DDS通道（圖2的CH1）與圖2的CH0同步，并使用FTW進(jìn)行編程，F(xiàn)TW除對(duì)應(yīng)于較小GRR的一個(gè)位外，所有零。

能夠使用第二個(gè)通道的翻轉(zhuǎn)來(lái)觸發(fā)圖2所示CH0上的頻率變化。

遺憾的是，DDS累加器達(dá)到零點(diǎn)與輸出端表示零相位之間的延遲使解決方案進(jìn)一步復(fù)雜化。幸運(yùn)的是，這種延遲是恒定的。理想的解決方案需要對(duì)輔助通道進(jìn)行相位調(diào)整以補(bǔ)償這種延遲。AD9958上的兩個(gè)通道都有一個(gè)相位偏移字，可用于解決此問(wèn)題。

AD9958雙通道DDS產(chǎn)生的結(jié)果如圖4、圖5和圖6所示。圖4和圖5顯示了相位連續(xù)FSK開關(guān)與過(guò)零FSK開關(guān)的比較。圖5顯示了相位連續(xù)開關(guān)和相位相干開關(guān)。圖6顯示了在多個(gè)頻率之間切換的偽隨機(jī)序列（PRS）數(shù)據(jù)流的結(jié)果。

圖4.相位連續(xù)FSK轉(zhuǎn)換。

圖5.過(guò)零 FSK 過(guò)渡。

圖6.具有多FSK轉(zhuǎn)換的零交叉。

AD9958雙通道DDS產(chǎn)生的結(jié)果如圖7和圖8所示。這些圖顯示了相位連續(xù)BPSK切換與過(guò)零BPSK切換的比較。

圖7.相位連續(xù)的BPSK過(guò)渡。

圖8.過(guò)零 BPSK 過(guò)渡。

雙通道、10位、500MSPS直接數(shù)字頻率合成器

AD9958雙通道直接數(shù)字頻率合成器（DDS）配有兩個(gè)10位、500 MSPS電流輸出DAC，如圖9所示。兩個(gè)通道共享一個(gè)公共系統(tǒng)時(shí)鐘，提供固有的同步;如果需要兩個(gè)以上的通道，可以使用其他封裝。每個(gè)通道的頻率、相位和幅度可以獨(dú)立控制，從而能夠?qū)εc系統(tǒng)相關(guān)的失配進(jìn)行校正。這些參數(shù)可以線性掃描;或者可以選擇 16 個(gè)電平進(jìn)行 FSK、PSK 或 ASK 調(diào)制。輸出正弦波可以調(diào)諧32位頻率分辨率、14位相位分辨率和10位幅度分辨率。AD9958采用1.8 V內(nèi)核電源供電，外加3.3 V I/O電源以實(shí)現(xiàn)邏輯兼容性，所有通道開啟時(shí)功耗為315 mW，省電模式下功耗為13 mW。該器件的額定溫度范圍為–40°C至+85°C，采用56引腳LFCSP封裝，1000s售價(jià)為20.24美元。

圖9.AD9958原理框圖

審核編輯：郭婷