基于DDS芯片AD9852和單片機實現(xiàn)短波通信跳頻源的設計

ＤＤＳ是一種直接對參考時鐘進行抽樣、數(shù)字化，然后用數(shù)字計算技術產(chǎn)生頻率的頻率合成方法。它的工作原理是在采樣頻率一定的條件下，通過控制兩次連續(xù)采樣之間的相位增量（不得大于π）來改變所得的離散序列的頻率，然后經(jīng)保持和濾波，唯一地恢復出該頻率的模擬信號。ＤＤＳ的工作原理框圖如圖１所示。

ＡＤ９８５２是ＡＤ公司的ＤＤＳ芯片可廣泛用于軍事通信、雷達等各個領域。文中用ＡＤ９８５２實現(xiàn)的跳頻源可在外部撥碼開關的控制下對輸出頻率進行調(diào)整，以完全達到預期的設計指標。

１、ＡＤ９８５２簡介

ＡＤ９８５２的功能框圖由圖２所示。由圖可見，ＡＤ９８５２內(nèi)部包括一個具有４８位相位累加器的ＮＣＯ、一個可編程時鐘倍頻器、一個反ＳＩＮＣ濾波器、兩個１２位３００ＭＨｚ ＤＡＣ、一個高速模擬比較器以及接口邏輯電路。其主要特點如下：

●帶有３００ＭＨｚ內(nèi)部時鐘；

●可輸出ＦＳＫ、ＢＰＳＫ、ＰＳＫ、ＣＨＩＲＰ、ＡＭ等信號；

●帶有兩個１２位Ｄ／Ａ轉換器；

●１００ＭＨｚ時具有８０ｄＢ ＳＦＤＲ的動態(tài)性能；

●內(nèi)含４ｘ到２０ｘ可編程參考時鐘倍頻器；

●帶有兩個４８位可編程頻率寄存器和兩個１４位可編程相位偏移寄存器；

●具有１２位調(diào)幅及可編程整形功能；

●帶有單引腳ＦＳＫ和ＢＰＳＫ數(shù)據(jù)接口。

●有１０ＭＨｚ的２線或３線ＳＰＩ兼容串口接口和１００ＭＨｚ ８位并行接口。

ＡＤ９８５２采用小型８０引腳ＬＱＦＰ封裝，３．３Ｖ單電源供電，使用十分方便。但由于該器件功耗較大（普通工作模式下約為１．５Ｗ），因此應用時應特別注意散熱，避免芯片由于過熱而損壞。

２、跳頻源主要指標及設計方案

跳頻源的主要指標如下：

●輸出頻率：１０～１２．２ＭＨｚ；

●步進：１００ｋＨｚ；

●跳頻時間：小于１ｍｓ；

●輸出功率：１０ｄＢｍ；

●諧波抑制：６０ｄＢｃ；

●相位噪聲：－１３０ｄＢｃ／Ｈｚ ＠１０ＫＨｚ；

●寬頻帶無雜散動態(tài)范圍（ＳＦＤＲ）：５０ｄＢｃ。

根據(jù)上述指標要求，采用ＡＴ８９Ｃ５１單片機來控制ＡＤ９８５２以實現(xiàn)該跳頻源。參考信號由４０ＭＨｚ的恒溫石英晶體振蕩器（ＯＣＸＯ）產(chǎn)生。為了抑制雜散，方案中在ＡＤ９８５２的ＤＡＣ輸出端加上截止頻率為１６ＭＨｚ的低通濾波器。ＡＤ９８５２的輸出信號功率大約為－８ｄＢｍ，而這顯然不能滿足要求，因此筆者選用了ｍｉｎｉ公司的一款優(yōu)秀的放大模塊ＥＲＡ－３來對信號進行放大（約２０ｄＢ）。同時在輸出端加上低通濾波器來抑制放大模塊所產(chǎn)生的諧波。

３、基于ＡＤ９８５２的跳頻源設計

３．１ ＡＤ９８５２控制電路

圖３所示是ＡＤ９８５２的控制電路。對ＡＤ９８５２的控制可采用ＡＴ８９Ｃ５１單片機的并行通信方式。將ｃｏｓｉｎｅ ＤＡＣ（４８腳）作為ＡＤ９８５２的輸出端，撥碼開關用于控制單片機的Ｐ２．０～Ｐ２．５，從而實現(xiàn)對輸出頻率調(diào)諧字的控制，進而控制輸出頻率。

３．２ 低通濾波器的設計與制作

要實現(xiàn)各項指標，應在電路中使用兩個截止頻率為１６ＭＨｚ的７階切比雪夫濾波器其電路圖如圖４所示。在濾波器的設計過程中，如何準確實現(xiàn)高Ｑ值的電感，直接影響著濾波器的最終性能。由圖４可知，濾波器中的電感量約為７００ｎＨ，可采用ＡＷＧ＃２６漆包線繞在磁導率為２０的鎳鋅磁環(huán)上，然后與一個已準確得知容值的電容（如１００ｐＦ左右）相并聯(lián)，接著在矢量網(wǎng)絡分析儀上測出它的并聯(lián)諧振點，從而推算出所繞電感的大小。接下來仔細調(diào)節(jié)諧振點就可以確定所需的電感量。采用這種方法確定的電感準確度高，實現(xiàn)方便。圖５為用ＡＤＳ仿真的濾波器傳輸特性曲線（Ｓ２１），其中電感Ｑ值設定為５０。實際做出的濾波器性能與仿真結果基本一致。

３．３ 軟件部分

設計該跳頻源軟件時，首先應對單片機中一些特殊端口進行初始化設定：

ＵＰＤ ＥＱＵ Ｐ１．７

ＷＲＢ ＥＱＵ Ｐ１．６

ＳＰＳ ＥＱＵ Ｐ２．７

ＲＥＳ ＥＱＵ Ｐ２．６

在完成對單片機本身以及ＡＤ９８５２的初始化過程之后，單片機就可開始對端口２進行讀數(shù)，以確定所需輸出信號的頻率。由于ＡＤ９８５２的頻率字為４８比特（６個字節(jié)），因此實際地址應該是Ｐ２口后６位讀出的數(shù)的６倍。

ＲＥＡＤＰＯＲＴ：ＭＯＶ Ａ，Ｐ２;

ＡＮＬ Ａ，＃３ＦＨ;

ＭＯＶ Ｒ１，Ａ：

ＡＤＤ Ａ，Ｒ１：

ＡＤＤ Ａ，Ｒ１：

ＡＤＤ Ａ，Ｒ１：

ＡＤＤ Ａ，Ｒ１：

ＡＤＤ Ａ，Ｒ１：

然后將相應位置的頻率字寫到ＡＤ９８５２的頻率字寄存器。

ＥＲＳＩ：ＭＯＶ Ｒ１ ，＃０６Ｈ ；每個頻點需要送４８位數(shù)

ＭＯＶ Ｒ３ ，＃４４Ｈ ；ＦＴＷ１的最高位地址為０４Ｈ

ＳＴＡＲＴ：ＭＯＶ Ｒ２，Ａ；

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＴＡＢ２ ；將ＴＡＢ２表首地址送ＤＰＴＲ

ＦＲＥＱ： ＭＯＶ Ｐ１，Ｒ３；

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ ；將ＡＣＣ對應地址中的數(shù)送入ＡＣＣ

ＭＯＶ Ｐ３，Ａ；

ＣＬＲ ＷＲＢ；

ＳＥＴＢ ＷＲＢ；

ＳＥＴＢ ＵＰＤ；

ＣＬＲ ＵＰＤ；

ＩＮＣ Ｒ３ ；地址加１

ＩＮＣ Ｒ２；

ＭＯＶ Ａ，Ｒ２；

ＤＪＮＺ Ｒ１，ＦＲＥＱ；

ＮＯＰ；

ＲＥＴＵＲＮＳ：ＡＪＭＰ ＲＥＡＤＰＯＲＴ ;開始新一輪讀數(shù)

最后是程序的結尾部分，主要是ＡＤ９８５２初始化以及頻率字的內(nèi)容。

ＴＡＢ１：ＤＢ ２０Ｈ，００Ｈ，４０Ｈ;對ＡＤ９８５２進行初始化

ＴＡＢ２：ＤＢ ４０Ｈ，００Ｈ，００Ｈ，００Ｈ，００Ｈ，００Ｈ；頻率字１

ＤＢ ４０Ｈ，０Ａ３Ｈ，０Ｄ７Ｈ，０ＡＨ，３ＤＨ，７０Ｈ；頻率字２

ＤＢ ４１Ｈ，４７Ｈ，０ＡＥＨ，１４Ｈ，７ＡＨ，０Ｅ１Ｈ；頻率字３

…………

ＥＮＤ

４、結束語

以ＡＤ９８５２為核心設計的短波通信跳頻源，可通過外部撥碼開關來對輸出頻率進行有效控制，最后得到輸出功率為１０．５～１１ｄＢｍ、諧波抑制優(yōu)于６５ｄＢｃ、雜散優(yōu)于６０ｄＢｃ的正弦波。由于ＡＤ９８５２的功耗較大，因此，設計時應對芯片采取有效的散熱措施，否則容易使芯片過熱而損壞，這一點應該引起設計者充分地重視。

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