数字正交上变频器AD9856的原理及其应用

1、数字正交上变频器AD9856的原理及其应用        摘要：介绍了数字正交上变频器的工作原理及使用方法，并给出了其在数字音频广播（）发射系统中的具体应用。      正交调制是一种常用的调制技术。在以往的通信系统中，一般都由模拟电路实现，由于很难保证两路载波的正交性，调制的效果往往不太理想，因而逐渐被数字调制所取代。是公司生产的一种通用、高性能的数字正交上变频器件，具有集成度高、性能好、体积小、功耗低等特点，使用该器件很容易实现信号的数字正交调制。 的结构和工作原理

2、60;   内部电路结构如图所示。主要分为数据复合、过采样滤波、正交调制、数模转换和控制电路等单元。 数据复合    内部的数据格式是的二进制补码。但数据输入接口能支持种字长：（），（），（）。因此需要一个数据复合器将输入的数据进行复合，形成的统一格式。另外，基带信号的、分量是交替输入的，所以数据复合器还需对输入数据进行识别，将其转换成、两路并行数据流，送往下一级电路。 过采样滤波    由数据复合器输出的并行数据流需经过滤波器进行过采样。的过采样滤波器分为两级：半带滤波器和级联积分梳状滤波器，它们都具有低通的频响

3、特性。而又分为三级：、，其中是可选的。    每一级可使数据的采样率提高一倍。为了使信号频带处于滤波器通带的平坦部分，就要提高的截止频率。也就是说数据在输入之前要进行过采样。一般情况下，两倍的过采样率已经足够。    中的实际上是一个可编程的过采样滤波器，过采样率的范围是：。随着的改变，会引入不同的插入损耗。为了补偿这一损耗，用户可以设置增益位，使得的输出增大一倍。但在这种工作模式下，必须确保输出信号不会溢出。 正交调制    的正交调制就是将基带信号的频谱频移到所需要的载波频率上（即通常所说的上变频）。

4、正交调制所需要的余弦、正弦两路数字载波由一个高速的直接数字综合器（）产生，其频率可通过设置相应的寄存器来控制。这两路数字载波分别与输出的、两路数据相乘，然后再相加或相减，即得到调制后的数字中频信号。    输出的数据的采样率与数字载波的采样率是相同的，也就是的系统时钟频率（）。所以调制后的信号实际上是一组采样率为的数据流。 数模转换    调制后的数字信号要经过一个位的，转换成模拟信号。通过零阶保持实现数模转换。由于零阶保持效应，其输出信号的频谱实际上是被包络加权过的。因此需要在前面加上一个反型滤波器（），对输入数据流进行预处理，以校

5、正包络造成的失真。    数模转换过程会在×±（,）处产生干扰信号，这些干扰信号可以通过一个外接滤波器滤除。一般情况下，使用一个阶椭圆低通滤波器即可。提供两路互补的两个电流输出，输出电流的满额值范围是，可通过电阻来设置，关系为：    控制单元    提供了一个灵活的同步串行通信端口，该串口与绝大多数同步传输格式（例如 和 协议）相兼容。所以很容易实现与微控制器或微处理器的接口。这个接口可以读写的所有寄存器。    控制单元根据各个寄存器的内容，设置的工作

6、模式。还提供了一个与（可编程电缆驱动放大器）进行通信的串口。控制单元可以通过这个串口直接设置的增益。 的使用方法 时钟设置    内部时钟都是由基准时钟倍频或分频产生的，输入数据的采样时钟也必须与基准时钟同步，所以整个系统的各个时钟频率之间都有严格的整倍数关系，以保证系统正常工作。定义为字（,）的输入频率。则与、之间的关系为：    ×(）   （）    其中、为整数并定义如下：    为旁路    为选通

7、0;   为倍频旁路    为倍频选通    为字输入    为字输入    为字输入    内插率（）    产生的载波频率不能超过的。最高可达，因此载波频率不能超过。用户应根据输入数据的采样率，选择一精确的。并根据要求的载波频率选定时钟倍频系数，使足够高。而其他系数的确定则需满足（）式。 输入数据格式    提供了两种输入数据的时序模式：突发模式和连续模式。在突发

8、模式下，通过的上升沿来保持与输入数据的同步。突发模式支持全部三种字长（，）。对于连续模式，可以看成数据输入时钟。该信号除了用来同步外，还可以指示输入数据是路还是路（表示路，表示路）。连续模式只支持字长。图、描述了两种输入格式的时序关系，其中 和 为数据复合器所产生的并行的和数据流。    在选择输入模式时，有以下几点需要注意：    在字输入的突发模式下，一定要选通。    在突发模式下，当为低的时间超过个采样周期时，数据复合器的和两路都输出。    在连续模式下，当为低或高

9、的时间超过个采样周期时，会分别造成路或路数据的丢失。 控制串口操作    的一个串口通信周期可分为两部分：指令周期和数据传输周期。在指令周期，外部控制器向写入一个指令字节。指令字节给出了将要进行的数据操作所需的信息，如表所示。在数据传输周期，控制器根据指令字节所给的信息对进行相应的数据操作。表1 指令字节D7（MSB）D6D5D4D3D2D1D0（LSB）R/WN1N0A4A3A2A1A0    ：定义数据操作类型，为读，为写。    ：要传输的数据的字节数（字节，字节，字节，字节）。 

10、0;  ：被访问寄存器的地址，多字节传输时，该地址为起始地址，其余地址由的控制器产生。    的串口管脚包括、和 。在的上升沿锁存上的输入数据，在的下降沿给出输出数据。输出数据既可出现在上，也可出现在上。在每一个通信周期内，最初的个上升沿用来写指令字节，剩下的沿用于数据传输。图给出了设置成双向时的串口读写时序。    在进行串口操作时需要注意以下几点：    （） 串口支持在前和在前两种格式，通过寄存器的第位设置。对该位的设置是立即有效的。即如果当前操作对该位进行修改，则下一个字节的传输就会采用

11、新格式。    （） 对多字节传输的通信周期，如果在前，寄存器地址递减；如果在前，寄存器地址递增。    （） 外部控制器必须保持与同步，如果失去同步，可由 来重新产生同步，而不必对整个芯片复位。 寄存器功能    内部的寄存器如表所示。表2 AD9856寄存器分配地址位7位6位5位4位3位2位1位0缺省值组00SDO有效LSB在前基准时钟倍频系数（4：0）保留1501CIC增益连续模式休眠模式单频模式旁路反SINC滤波器旁路参考时钟倍频器输入格式选择（1：0）0602频率设置字（7：0）04103频率设

12、置字（15：8）00104频率设置字（23：16）00105频率设置字（31：24）00106          内插率（5：0）频带选择旁路第三半带滤波器FC107AD8320增益控制（7：0）004080D各个寄存器功能与组1相同20E13各个寄存器功能与组1相同31419各个寄存器功能与组1相同4    下面说明具体的功能：    （）有效：表示串行数据由输出；表示串行数据由输出。    （）在前：表示串行数据

13、是在前；表示串行数据是在前。    （）基准时钟倍频系数：有效值范围为。    （）保留位：该位总为。    （）增益：表示级联积分梳状滤波器输出加倍。    （）连续模式：表示连续模式；表示突发模式。    （）休眠模式：表示处于休眠模式，此时电流小于。    （）单频模式：置成，则输出单频信号，频率由频率设置字确定。此时数据输入脚接固定高电平或低电平。    （）旁路反滤波器：表示反

14、滤波器被旁路。    （）旁路参考时钟倍频器：表示参考时钟倍频器被旁路。    （）输入格式选择（：）：模式；模式；模式。    （）频率设置字（：）：其与载波频率及之间的关系为：    ×）     （）内插率（：）：确定级联积分梳状滤波器的内插率，允许范围为。    （）频带选择：为时输出××，为时输出××。    （）旁路：表示被旁

15、路。    （）增益控制（：）：其与放大倍数的关系为×。    （）组，：其功能与组中各寄存器相同。通过管脚、来选择那一组寄存器有效。 对的增益控制    提供了一个与串口相连的接口。通过这个接口，可以直接控制放大器的增益。这一功能使得外部控制系统大大简化。只有在检测到以下三种情况时，才与进行通信。    （）上电复位：在上电复位时，清除所有组的增益控制寄存器，并且往串口写全零，此时定义了放大器的最小增益。    （）和改变：对和进行取

16、样，当发现它们改变时，则将当前组内的增益控制寄存器内容写入到中。    （）增益控制寄存器内容改变：当任一组中的增益控制寄存器被更新时，它都将当前组的增益控制寄存器的数据写入。 在发射系统中的应用    是继调幅、调频广播之后的第三代广播方式，具有音质好、抗干扰能力强等优点。我国于年将其列为重大科技产业项目，并决定采用欧洲的标准。该标准采用编码正交频分复用（）传输方式。节目源的音频数据经复接器复接成 帧，然后送入符号发生器，产生采样率为的、两路数字基带信号，每一路的信号带宽为。基带信号一般先要正交调制到中频，然后再上变频到所需要的射频，经发射机发射出去。    图给出了用实现的中频正交调制器的框图。其中的为系统控制器，为放大器。    标准中规定，数据的采样值为二进制补码。因此在设计方案中，输入模式采用字的突发模式。的高位数据线（）接输入数据，而低位数据线（）接地。因为输入信号的每路带宽仅为，基本上全部落在内部过采样滤波器通带的平坦区域内，所以输入数据在送往之前