高性能双通道DDS芯片AD9958及其应用

AD9958是美国AD公司采用先进的DDS技术生产的高性能频率合成器，它能产生双通道250 MHz的模拟正弦波。现介绍了AD9958的基本特点和引脚功能，分析了其内部结构和工作原理，给出了AD9958在PLL及数字调制系统中的应用方案。

0 引言

AD9958是Analog Devices公司生产的一款高性能、动态特性优异、可双路输出的DDS器件，每路可单独控制频率，相位/幅度。这种灵活性可用于校正信号之间由滤波、放大等模拟处理或PCB布局失配而引起的不平衡问题。由于两个通道共享一个公共系统时钟，因此它们具有固有的同步性，可支持多个设备的同步。AD9958内部集成了10 bit的输出幅度控制，内部工作频率高达500 MHz，使其可产生最高频率为250MHz的双路信号。其内部有许多用于控制输出信号参数的控制寄存器，具有32位频率调整分辨率、14位相位失调分辨率、10位输出幅度可缩放分辨率，有增强数据吞吐率的串行SPI口。可工作于多种模式，支持单频信号模式(single-tone)、调制模式(modulation mode)、线性扫频模式(linearsweep)以及混合信号模式。可以执行高达16阶的频率、相位或幅度调制(FSK、PSK、ASK)。

1 AD9958的结构

AD9958的串行I/O端口可支持多种配置，提供了极大的灵活性。与ADI公司以往DDS产品中提供的SPI工作模式类似，串行I/O端口提供SPI兼容工作模式。四个数据引脚(SDIO_0/SDIO_1/SDIO_2/SDIO_3)对应串行I/O的四种可编程模式，从而提供了高灵活性。AD9958采用高级DDS技术，可在低功耗下提供高性能。这款器件集成了两个具有卓越宽带和窄带SFDR性能的高速10bitDAC。每个通道均具有专用的32bit频率调谐字、14bit相位偏移和10bit输出比例乘法器。DAC输出以电源电压为参考源，必须经由电阻或AVDD中心抽头变压器连接到AVDD。每个DAC均具有各自的可编程基准源，用于实现每个通道不同的满量程电流。当使用REF_CLK作为输入，并由DAC提供输出时，这款DDS可用作高分辨率分频器。两个通道共用REF_CLK输入源，REF_CLK输入源可被直接驱动，或与高达最大值500MSPS的内置REF_CLK乘法器(PLL)配合使用。 PLL倍增因数的可编程范围为4～20，步进为整数。REF_CLK输入还具有振荡电路，可将外部晶振用作REF_CLK源，晶振的频率必须在20 MHz与30 MHz之间，晶振可与REF_CLK乘法器配合使用。

AD9958采用节省空间的56引脚LFCSP封装。DDS内核(AVDD和DVDD引脚)采用1．8 V电源供电。数字I/O接口(sPI)在3．3 V电压下工作，并需要将DVDD_I/O引脚(引脚49)连接至3．3 V电压。AD9958可在-40℃～+85℃的工业温度范围内工作。

AD9958的内部结构如图1所示，主要特性如下：

*两个500 MSPS同步DDS通道

*所有通道之间独立的频率/相位/幅度控制

*频率、相位和幅度变化时的延时匹配

*卓越的通道间隔离

*线性频率/相位/幅度扫描功能

*高达16阶频率/相位/幅度调制(引脚选择)

*内置两个10 bit数模转换器(DAC)

其主要应用在以下几方面：

*捷变本振(ALO)频率合成

*相控阵雷达/声纳

*仪器仪表

*同步时钟

*用于AOTF(声光可调滤波器)的RF源

*单边带抑制载波

*正交通信

2 引脚说明

AD9958采用56脚LFCSP封装，其引脚图如图2所示，其主要引脚功能如下：

SYNC_IN：同步多片AD9958的输入信号，使用时与主器件AD9958的SYNC_OUT相连；

SYNC_OUT：同步多片AD9958的输出信号，使用时与从器件AD9958的SYNC_IN相连；

MASTER_RESET：复位引脚，高电平有效；

PWR_DWN_CTL：电源掉电控制引脚；

CH0_IOUT、CH1_IOUT：通道0、1输出端，无需上拉电阻，输出范围可达AVDD；

CH0_IOUT、CH1_IOUT：通道0、1互补输出端，无需上拉电阻，输出范围可达AVDD；

DAC_RSET：DAC复位端，为DAC创建参考电流，通过一个1．91 kΩ的电阻接至AGND端；

REF_CLK、REF_CLK：参考时钟或晶振输入端；

CLK_MODE_SEL：振荡器模式控制引脚，为1时使能振荡器为REF_CLK源，为0时不使能；

LOOP_FILTER：与锁相环环路滤波器的零点补偿电路连接，此引脚与AVDD间串接一个0 Ω电阻和680pF电容。

P0，P1，P2，P3：调制数据引脚；

I/O_UPDATE：I/O口更新寄存器控制端，此引脚上升沿数据从串口缓冲器送入寄存器。

：片选端，低电平有效，允许多芯片共用SPI总线；

SCLK：I/O口读写时的串行数据时钟输入端，上升沿写操作，下降沿读操作；

SDIO_0：专用串行I/O口引脚；

SDIO_1，SDIO_2，SDIO_3：用作串行I/O口引脚或初始化DAC输出幅度增减量控制引脚；

SYNC_CLK：同步时钟输出引脚，为系统时钟的4分频。

3 AD9958串口特点及工作模式

AD9958的串口提高了多种配置，其SPI模式与早期的DDS产品的操作模式兼容。4个串行数据引脚(SDIO_0