原创 使用AD9852实现的10～12.2MHz跳频源

    关键词：DDS;跳频源；滤波器；单片机； AD9852

    ＤＤＳ是一种直接对参考时钟进行抽样、数字化，然后用数字计算技术产生频率的频率合成方法。它的工作原理是在采样频率一定的条件下，通过控制两次连续采样之间的相位增量（不得大于π）来改变所得的离散序列的频率，然后经保持和滤波，唯一地恢复出该频率的模拟信号。ＤＤＳ的工作原理框图如图１所示。

    ＡＤ９８５２是ＡＤ公司的ＤＤＳ芯片可广泛用于军事通信、雷达等各个领域。文中用ＡＤ９８５２实现的跳频源可在外部拨码开关的控制下对输出频率进行调整，以完全达到预期的设计指标。

    １　ＡＤ９８５２简介

    ＡＤ９８５２的功能框图由图２所示。由图可见，ＡＤ９８５２内部包括一个具有４８位相位累加器的ＮＣＯ、一个可编程时钟倍频器、一个反ＳＩＮＣ滤波器、两个１２位３００ＭＨｚ ＤＡＣ、一个高速模拟比较器以及接口逻辑电路。其主要特点如下：

    ●带有３００ＭＨｚ内部时钟；

    ●可输出ＦＳＫ、ＢＰＳＫ、ＰＳＫ、ＣＨＩＲＰ、ＡＭ等信号；

    ●带有两个１２位Ｄ／Ａ转换器；

    ●１００ＭＨｚ时具有８０ｄＢ ＳＦＤＲ的动态性能；

    ●内含４ｘ到２０ｘ可编程参考时钟倍频器；

    ●带有两个４８位可编程频率寄存器和两个１４位可编程相位偏移寄存器；

    ●具有１２位调幅及可编程整形功能；

    ●带有单引脚ＦＳＫ和ＢＰＳＫ数据接口。

    ●有１０ＭＨｚ的２线或３线ＳＰＩ兼容串口接口和１００ＭＨｚ ８位并行接口。

    ＡＤ９８５２采用小型８０引脚ＬＱＦＰ封装，３．３Ｖ单电源供电，使用十分方便。但由于该器件功耗较大（普通工作模式下约为１．５Ｗ），因此应用时应特别注意散热，避免芯片由于过热而损坏。

    ２　跳频源主要指标及设计方案

    跳频源的主要指标如下：

    ●输出频率：１０～１２．２ＭＨｚ；

    ●步进：１００ｋＨｚ；

    ●跳频时间：小于１ｍｓ；

    ●输出功率：１０ｄＢｍ；

    ●谐波抑制：６０ｄＢｃ；

    ●相位噪声：－１３０ｄＢｃ／Ｈｚ ＠１０ＫＨｚ；

    ●宽频带无杂散动态范围（ＳＦＤＲ）：５０ｄＢｃ。

    根据上述指标要求，笔者采用ＡＴ８９Ｃ５１单片机来控制ＡＤ９８５２以实现该跳频源。参考信号由４０ＭＨｚ的恒温石英晶体振荡器（ＯＣＸＯ）产生。为了抑制杂散，方案中在ＡＤ９８５２的ＤＡＣ输出端加上截止频率为１６ＭＨｚ的低通滤波器。ＡＤ９８５２的输出信号功率大约为－８ｄＢｍ，而这显然不能满足要求，因此笔者选用了ｍｉｎｉ公司的一款优秀的放大模块ＥＲＡ－３来对信号进行放大（约２０ｄＢ）。同时在输出端加上低通滤波器来抑制放大模块所产生的谐波。

    ３　基于ＡＤ９８５２的跳频源设计

    ３．１ ＡＤ９８５２控制电路

    图３所示是ＡＤ９８５２的控制电路。对ＡＤ９８５２的控制可采用ＡＴ８９Ｃ５１单片机的并行通信方式。将ｃｏｓｉｎｅ ＤＡＣ（４８脚）作为ＡＤ９８５２的输出端，拨码开关用于控制单片机的Ｐ２．０～Ｐ２．５，从而实现对输出频率调谐字的控制，进而控制输出频率。

    ３．２ 低通滤波器的设计与制作

    要实现各项指标，应在电路中使用两个截止频率为１６ＭＨｚ的７阶切比雪夫滤波器其电路图如图４所示。在滤波器的设计过程中，如何准确实现高Ｑ值的电感，直接影响着滤波器的最终性能。由图４可知，滤波器中的电感量约为７００ｎＨ，可采用ＡＷＧ＃２６漆包线绕在磁导率为２０的镍锌磁环上，然后与一个已准确得知容值的电容（如１００ｐＦ左右）相并联，接着在矢量网络分析仪上测出它的并联谐振点，从而推算出所绕电感的大小。接下来仔细调节谐振点就可以确定所需的电感量。采用这种方法确定的电感准确度高，实现方便。图５为用ＡＤＳ仿真的滤波器传输特性曲线（Ｓ２１），其中电感Ｑ值设定为５０。实际做出的滤波器性能与仿真结果基本一致。

    ３．３ 软件部分

    设计该跳频源软件时，首先应对单片机中一些特殊端口进行初始化设定：

    ＵＰＤ ＥＱＵ Ｐ１．７

    ＷＲＢ ＥＱＵ Ｐ１．６

    ＳＰＳ ＥＱＵ Ｐ２．７

    ＲＥＳ ＥＱＵ Ｐ２．６

    在完成对单片机本身以及ＡＤ９８５２的初始化过程之后，单片机就可开始对端口２进行读数，以确定所需输出信号的频率。由于ＡＤ９８５２的频率字为４８比特（６个字节），因此实际地址应该是Ｐ２口后６位读出的数的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:

    然后将相应位置的频率字写到ＡＤ９８５２的频率字寄存器。

    ＥＲＳＩ:ＭＯＶ Ｒ１ ，＃０６Ｈ ；每个频点需要送４８位数

    ＭＯＶ Ｒ３ ，＃４４Ｈ ；ＦＴＷ１的最高位地址为０４Ｈ

    ＳＴＡＲＴ:ＭＯＶ Ｒ２，Ａ；

    ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＴＡＢ２ ；将ＴＡＢ２表首地址送ＤＰＴＲ

    ＦＲＥＱ: ＭＯＶ Ｐ１，Ｒ３；

    ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ ；将ＡＣＣ对应地址中的数送入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 ;开始新一轮读数

    最后是程序的结尾部分，主要是ＡＤ９８５２初始化以及频率字的内容。

    ＴＡＢ１:ＤＢ ２０Ｈ,００Ｈ,４０Ｈ;对ＡＤ９８５２进行初始化

    ＴＡＢ２:ＤＢ ４０Ｈ,００Ｈ,００Ｈ,００Ｈ,００Ｈ,００Ｈ；频率字１

    ＤＢ ４０Ｈ,０Ａ３Ｈ,０Ｄ７Ｈ,０ＡＨ,３ＤＨ,７０Ｈ；频率字２

    ＤＢ ４１Ｈ,４７Ｈ,０ＡＥＨ,１４Ｈ,７ＡＨ,０Ｅ１Ｈ；频率字３

    …………

    ＥＮＤ

    ４　结束语

    以ＡＤ９８５２为核心设计的短波通信跳频源，可通过外部拨码开关来对输出频率进行有效控制，最后得到输出功率为１０．５～１１ｄＢｍ、谐波抑制优于６５ｄＢｃ、杂散优于６０ｄＢｃ的正弦波。由于ＡＤ９８５２的功耗较大，因此，设计时应对芯片采取有效的散热措施，否则容易使芯片过热而损坏，这一点应该引起设计者充分地重视。