2．1 AD9912及MSP430简介
AD9912芯片是AD公司的一款具有1GSPS采样率的DDS芯片。其内部集成有一个14位数——模转换器、低噪声锁相环、两个杂散抑制通道，这使得该芯片有极好的杂散抑制能力，极大地降低了后续UHF镜像频率选频滤波工作的难度。并可通过48位频率控制字进行分辨率为4 μHz的频率合成控制，因此可以通过调节频率控制字来精确地控制频率合成。
MSP430系列单片机是德州仪器(TI)公司的一款16位超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器(MixedSignal Processor)。该系列单片机针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上。其CPU采用的16位精简指令系统发挥了最高编码效率，这使得这款单片机非常适用于AD9912的控制电路。
2．2 控制模块
本硬件系统的控制模块采用MSP430x14x作为核心控制器。为实现对AD9912软件控制。选择MSP430的4个I／O端口分别控制AD9912芯片的SCLK(串行时钟)、SDIO(串行数据输入输出端)、CSB(片选)、I／O_UPDATE(数据写入控制)。为避免MSP430引入杂散，采用一个缓冲器分隔MSP430的信号与AD9912的信号。
2．3 直接数字频率合成模块
本硬件系统采用AD9912作为直接数字频率合成模块的核心。使用RS信号发生器产生1 GHz的信号作为参考频率输入。由于AD9912的参考频率是采用差分输入，所以采用巴伦(Balun)芯片完成输入参考信号的单端转双端工作，并提高系统运行的稳定性。同理在系统输出端口采用一个巴伦来将差分信号双端转单靖信号输出。AD9912芯片的其他管脚主要为电源输入管脚和接地管脚。为了更好地抑制杂散，采用数字信号地和模拟信号地分开接地。由于有大量的数字电源和模拟电源为AD9912芯片供电，这就不可避免的将电源中的纹波引入到硬件系统中，进而直接影响到后续选频输出信号的杂散等性能指标，因此采用极性滤波电容滤除电源纹波。
2．4 选频模块
据图2可知DDS的输出信号中，存在着大量无用的频率因此需要使用通带极窄的滤波器对其进行选频。为了以尽量少的额外衰减捕获所需的镜像频率，同时显著抑制其他杂散信号，选频部分采用GA1500T20A窄带声表面波滤波器(SAW)对1 500 MHz的信号进行选频。其通带为1 490 -1 510 MHz，插入损耗约为2．95 dB，带外抑制：1 300-1 440 MHz为48 dB，1 580～1 700MHz为48 dB。
3 系统软件设计
在上位机中按照AD9912芯片的频率控制寄存器配置编程，计算出相应的频率调节字，由MSP430处理后经送入AD9912芯片中，合成系统所需的频率，实现AD9912的编程频率控制。上位机软件控制程序采用C语言来编写。为提高调试效率，本系统采用了极精简的程序来控制AD9912芯片。
3．1 主程序分析
上位机程序运行时，首先对MSP430单片机进行初始化。
选择MSP430的P3.4～P3．7端口作为AD9912芯片的控制端口。通过编程选择并定义P3．4～P3．7端口为输出端口，以实现对AD9912芯片的软件编程控制。通过DDS_load()语句加载频率控制字并由配置端口对AD9912芯片进行操作。主程序部分代码如下：
3．2 频率控制字的加载程序分析
由上位机通过DDS_load()子程序向AD9912芯片写入频率控制字以控制频率合成模块合成所需的设计频率，进而灵活地获得相应UHF频段镜像频率。DDS_load()程序部分代码如下：
计算出频率控制字后，即可通过SPI_TX_FTW_BYTE()完成对相应频率控制字寄存器的寻址赋值，SPI_TX_FTW_BYTE()程序部分代码如下所示：
4 结果分析
AD9912最终输出的窄带信号测试频谱结果如图5所示。
图中可以清楚的看到1 500 MHz的信号谱线，其幅度约为-25 dBm，无杂散动态范围(SFDR)约为-45 dBc。由于频谱主要能量集中在设计频率上，且在频率合成模块后再加入基于GA1500T20A的窄带滤波模块还会带来3 dB的插入损耗，导致最后合成的UHF信号幅值较低，可以通过加入放大器来提高其幅值。
5 结束语
本设计最终成功的获得了1 500 MHz信号，验证了利用DDS器件的镜像频率合成超奈奎斯特频率信号的可行性。这样的频率合成方法，不仅具有DDS的合成信号分辨率高、控制灵活、可编程及任意波形输出的特点，还具有输出频率高、相位噪声小等优点。只需采用100 MHz恒温晶振在本硬件系统前端进行一次10倍频获得参考频率，即可合成低相噪，高杂散抑制的UHF信号。相比于多级倍频电路来说，这样的频率合成方法不仅更加灵活方便，更避免了多级电路引入的杂散。
|
