AD9956在短波跳频电台频率源中的应用

合成器各个性能指标都较高，特别是其频率转换速度，因此它是实现快速跳频频率合成器的最佳选择。

　　AD9956

ADI公司推出的新一代DDS芯片AD9956，该新芯片能以早期DDS十分之一的功耗提供频率高达400MSPS的内部时钟。此外，与以往的DDS芯片相比，该芯片还具有以下优点：

内部集成14位的D/A转换器。

48bit控制字，8种频率和相位设计选择。

可进行sin(x)/x校正。通过反sin(x)/x函数滤波器对DAC的输入数据进行预均衡，补偿DAC的sin(x)/x函数的起伏特性，使幅特性变得平坦。

内有可编程的相位/幅度抖动电路。相位抖动可减小相位截短带来的杂散，而幅度抖动可减小D/A转换器量化误差带来的杂散，因此较好地解决了DDS的杂散问题

集成的电荷泵和相位/频率检测器(鉴相器)

优良的动态性能：在160MHz(100KHz频偏)条件下，80db SFDR。

低相位噪声：在1KHz频偏条件下，<-135dBc/Hz。

自动线性频率扫描功能。

2.7GHz频率合成能力。

AD9956芯片的系统结构如图2所示，它共分四大块：DDS核、模拟混频器和数字锁相环以及电流型逻辑驱动器(CML)。DDS核可在数字域产生能够表示正弦曲线的数字值。通过设置不同的工作模式，DDS核可通过幅相转换器将这些正弦曲线值转换为频率、相位或调制成携带信息的信号;数字锁相环则由一个数字相频检测器(PHD)驱动一个具有高速锁存逻辑电路的电荷泵所组成。它与DDS核联合使用可扩大频率合成的范围。模拟混频器采用差动输入，其输入级内部采用直流偏差，外部采用交流匹配方式连接，输出为中频信号。模拟混频器主要用于通信基站的设计。

AD9956的操作模式有单边带、频率扫描及全睡眠模式三种。常用模式为单边带和频率扫描模式。

　　基于AD9956的跳频频率合成器的设计

频率合成器是跳频电台的关键分系统之一，对提高通信的抗干扰性能具有重要作用，应具有输出频带宽，频率转换速度快，相位噪声低、杂散小等优良性能。为提高电台通信质量和抗干扰能力，设计了一种基于DDS的频率合成器，方案如图3所示。

参考时钟选取30MHz温度补偿晶振作为各输出信号的公共参考源。为了简化控制电路，一、二本振的产生都采用了DDS+直接输出加滤波的方案，DDS芯片则选取了ADI公司的AD9956作为核心;4MHz正弦波由30MHz晶振输出7.5分频和滤波获得，7.5分频电路利用CPLD的VHDL编程实现，7.5分频后的方波经LC低通滤波器后输出;三本振40.1MHz输出则是利用AD9956中带有的PLL电路产生输出。

　　频率合成方案

图3是以DDS为核心的跳频频率合成器的结构框图。它主要由MCU、AD9956、时间产生电路、滤波器等组成。MCU负责跳频图案的产生，并控制DDS芯片AD9952的工作。

　　DDS的时钟

AD9956内含振荡电路，因此外加一晶体就可产生系统时钟。也可以不用内部振荡电路而直接引入外部时钟信号。外部时钟信号可以是单端信号或差分信号，并且可以通过配置相应的控制寄存器和控制信号，得到不同的时钟模式。为了减少共模干扰，通常采用差分外部时钟输入方法。本电路设计中使用高稳定度的恒温晶振作为系统参考时钟。

　　AD9956与MCU的接口设计

AD9956与其他DDS芯片不同，只有串行接口，没有并行接口。AD9956串口是同步串行通信口，易于和工业上的微控制器和微处理器相连;且兼容大多数的步传输格式，可支持SPI协议和Intel 8051 SSR协议。在本方案中就使用了SPI协议。SPI接口是一种主从式配置，包括1个主设备和1个或者多个从设备。SPI接口有四个信号：串行数据主入从出信号(MISO)、串行数据主出从入信号(MOSI)、串行时钟信号(SCK)、从设备使能信号(SS)。

可选用支持SPI接口的MCU(如Atmega128)。方案中MCU为主设备，AD9956为从设备。

　　滤波器设计

DDS采用数字化技术，最终合成信号是经D/A转换后得到的。其频谱含有很丰富的高次频谱分量，必须将它们滤除，才能得到频谱纯净的正弦波输出，因此要求滤波器的衰减特性要陡直，延迟时间要短。可采用七阶椭圆函数低通滤波器或带通滤波器。

该电路是高速模混合电路，在制作PCB板时，一定要注意数模干扰问题。为此，PCB板最好采用四层板。在进行电路布局时，将数字部分和模拟部分分开;将电源层分为数字电源和模拟电源;将地层分为数字地和模拟地。每个有源器件的电源都要加去耦电容，并且尽可能地靠近电源输入处以帮助滤除高频噪声。直接数字频率合成具有频率转换速度快、频率分辨率高、输出相位连续和全数字化、易于集成、易于控制等优点，是跳频系统中频率合成器的理想选择。不过，受器件水平的限制，输出信号的频率上限不够高。随着数字集成技术的飞速发展，这一问题将逐渐得到解决