基于DSP和DDS的商品防窃监视器扫频信号源

商品防窃监视器(Electronic Article Surveillance)简称EAS，是目前超市普遍使用的安检防窃设备。其原理是由发射电路产生7.8MHz~8.8MHz的扫频信号，该信号由近场 天线发射，当天线附近有标签存在时(标签为高Q值的LC振荡回路，谐振中心频率为7.8MHz)，标签发出谐振电磁波信号，该信号被EAS接收天线接收， 经解调、放大和数字化处理后，最终发出报警信息。传统的扫频信号发生电路通常包含变容二极管组成的LC振荡回路，通过周期性地改变二极管的偏压来改变振荡 频率。由于分立元件参数的一致性差，振荡频率难以精确控制，频率变化的线性度、扫频宽度等诸多指标也受到元件性能的严格约束。在数字化技术飞速发展的今 天，由直接数字频率合成(DDS)技术产生所需要的信号波形，是EAS扫频信号发生电路发展的趋势。笔者采用AD公司的AD9834型DDS实现扫频信号 合成，同时，考虑到信号的高速频率变化特点，需使用数字信号处理器(DSP)对AD9834进行控制。笔者采用TI公司的TMS320VC5410型数字 信号处理器(以下简称C5410)。下面介绍这些器件的特点及电路实现方法。

2 TMS320VC5410和AD9834简介

本设计要求C5410通过多通道缓冲串行口向 AD9834发送命令和数据，由AD9834产生EAS系统需要的扫频信号。C5410是TI公司生产的新一代低功耗TMS320C5000系列定点数字 信号处理器，它有3个高速、全双工、多通道缓冲串行口(McBSP)，每个串行口可以支持128个通道，速度可达100Mb/s。该系列提供的McBSP 支持多种串行通信的方式和协议，可以根据用户的不同需要进行配置。多通道缓冲串行口遵循SPI协议是以主从方式工作的，这种模式通常有1个主设备和1个或 多个从设备，其接口包括以下4种信号：串行数据输入(也称为主进从出或MISO)；串行数据输出(也称为主出从进或MOSI)；串行移位时钟(也称为 SCK)；从使能信号(也称为SS)。McBSP的时钟停止模式与SPI协议兼容，当McBSP处于时钟停止模式时，发送器和接收器是内部同步的。

AD9834的原理框图如图1所示。它使用的DDS技术是一种利用正弦信号相位线性增加的原理直接由数字累加和数/模转换合成所需频率的技术。 AD9834主要由数控振荡器(NCO)、相位调制器、正弦查询表ROM和1个10位D/A转换器组成。数控振荡器和相位调制器主要由2个频率选择寄存 器、1个相位累加器、2个相位偏移寄存器和1个相位偏移加法器构成，它的最高工作频率可达50MHz。

AD9834的频率控制字由式(1)求得

式中，0<Δphase<228-1，fMCLK最高可达50MHz，它是由高稳定度晶体振荡器获得或由其他器件编程提供，用来同步整个合成器的各个组成部分。

相位控制字由式(2)求得

ΔP=Kx2π/4096 （2）

式中，0<K<228-1，改变K值即可改变输出相位值。

3 系统设计思想

传统的EAS扫频信号产生电路使用了压控振荡集成电路。通过改变外围变容二极 管的直流偏压可以使扫频信号的频率范围控制在8．2MHz±0.5MHz。当采用全数字频率合成时，由于数字信号的非连续性，不可能产生连续的扫频信号， 只能产生台阶性变化的扫频信号，即1个单频点持续一段时间后增加4，，再跳跃到另1个单频点，因此，如果扫频信号的扫频范围为8.2MHz±- O.5MHz，将该lMHz频率跨度等分为32个频点，于是相邻频点之间的频率间隔Δf=1MHz/31=0.0323MHz。如果扫频信号的扫频周期为 180Hz(即5.6ms)，则每个频点占用的时间为ΔT=5.6ms/3l=181pμs。该ΔT又分为二部分，第一部分△T1为振荡时间，即单频率波 形持续时间；第二部分ΔT2为延时等待时间，在这段时间内理论上没有波形输出。在实际应用中可通过动态改变△T2在ΔT中所占的比例以控制EAS的发射功 率，对系统很有用。如果每个单频率波形持续时间(频率振荡时间)△T1=10μs，则每个单频率波形的延时等待时间ΔT2=(5.6-0.01x32) /31=170.3μs。多通道缓冲串行口发送1个单频率字只需71μs左右，能够完成控制字和频率字的发送，而且还能够在此时间内完成复杂的计算。图2 为180Hz周期内完成的32频点扫频信号波形示意图。其中，每个频点展开后都是频率一定的正弦波，每个周期内32频点扫频信号的频率范围都是从7． 7MHz到8．7MHz台阶性变化。

4 硬件设计方案和软件实现

4．1 硬件设计方案

基于上述设计思想的 硬件连接方案如图3所示，包括C5410、10MHz晶体振荡器、AD9834及滤波放大电路。由于AD9834的电源电压在2．3V到5．5V范围内可 选，C5410的电源电压为3．3V。所以在连接时无需电平转换。10MHz晶体振荡器向C5410提供输入时钟。初始化C5410使其工作频率为 100MHz，因为只有此时才能使其定时器周期寄存器从TOUT引脚输出50MHz时钟信号。该时钟信号输出到AD9834的MCLK脚，作为 AD9834的工作时钟。理论分析指出：输出信号的相位噪声取决于时钟信号的相位噪声，在输出信号频率不变的情况下，输入时钟信号频率越高，相位噪声恶化 越小。