基于AD9854的MSK調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生

摘要：基于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單高效地產(chǎn)生MSK調(diào)制信號(hào)的目的，文中系統(tǒng)性地闡述了AD9854的工作原理、機(jī)制，探討了采用AD9854產(chǎn)生MSK 調(diào)制信號(hào)相比傳統(tǒng)方法的優(yōu)越性。同時(shí)詳細(xì)介紹了通過FPGA配置AD9854的方法，描述了硬件平臺(tái)的搭建并且列出了所有需配置寄存器列表。將產(chǎn)生的 MSK調(diào)制信號(hào)連接至示波器和頻譜儀，分別觀測(cè)該方法產(chǎn)生的MSK信號(hào)。結(jié)果表明，輸出電平達(dá)到-14 dBm，無雜散動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了60 dB，從而驗(yàn)證了該法產(chǎn)生MSK信號(hào)的正確性和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：AD9854;MSK;FPGA;硬件平臺(tái);寄存器;無雜散動(dòng)態(tài)范圍

MSK是一種在無線移動(dòng)通信中很有吸引力的數(shù)字調(diào)制方式，可以看成是調(diào)制系數(shù)為0.5的連續(xù)相位的FSK信號(hào)。相對(duì)于傳統(tǒng)的FSK調(diào)制方式具有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：一是MSK信號(hào)在帶外產(chǎn)生的干擾非常小，這正是限帶工作情況下所希望有的寶貴特點(diǎn);二是信號(hào)包絡(luò)是恒定的、相位是連續(xù)的，系統(tǒng)可以使用廉價(jià)高效的非線性器件。

傳統(tǒng)的MSK調(diào)制方式與FSK調(diào)制方式類似，即用數(shù)字調(diào)制加DAC的方法實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻帶從零頻到中頻的搬移。但在具體的硬件實(shí)現(xiàn)中，具有一定的難度。首先，在數(shù)字調(diào)制的過程中，我們要花費(fèi)一定的代價(jià)來保證輸出MSK信號(hào)的相位連續(xù)性;其次，如果產(chǎn)生的調(diào)制信號(hào)為高中頻信號(hào)，那么要保證信號(hào)的指標(biāo)是很有難度的，要在電路PCB設(shè)計(jì)上考慮高速走線的干擾、衰減、反饋以及電磁兼容性等一系列問題。

ADI公司推出的集成DDS芯片AD9854能夠?qū)?shù)字基帶信號(hào)直接調(diào)制和上變頻，而且還能夠在芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)相位連續(xù)，不但大大地降低了信號(hào)調(diào)制難度，還有效地保證了信號(hào)的良好指標(biāo)。因此，與傳統(tǒng)的MSK調(diào)制方式相比，具有一定的優(yōu)勢(shì)。

1 AD9854簡(jiǎn)介及應(yīng)用

AD9854是ADI公司推出的一款高性能DDS芯片，采用先進(jìn)的DDS技術(shù)，內(nèi)部耦合兩組高速高性能正交D/A轉(zhuǎn)換器和一組高精度比較器。只要外部提供穩(wěn)定高質(zhì)量的時(shí)鐘源，AD9 854就會(huì)產(chǎn)生高穩(wěn)定性的幅度、頻率以及相位可編程的正弦和余弦輸出信號(hào)。AD9854提供48位的可編程頻率字寄存器，支持1 MHz的頻率步進(jìn)、17位的可編程相位字寄存器確保了極佳的SFDR性能。AD9854支持靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)，可以允許單端或差分的時(shí)鐘輸入，支持可編程的 4倍到20倍的內(nèi)部時(shí)鐘倍頻器，芯片內(nèi)部可產(chǎn)生的最高時(shí)鐘頻率可以達(dá)到300MHz。芯片采用0.35μm的CMOS工藝，支持單端3.3 V供電。

由于AD9854支持FSK調(diào)制方式，實(shí)際上我們所需要的MSK信號(hào)就是一種特殊的正交FSK信號(hào)，其特殊性在于其兩組頻率之間的差值是滿足這兩組頻率正交性的最小頻差。值得注意的是，MSK信號(hào)的相位是連續(xù)的，在調(diào)制的過程中我們?yōu)榱吮ＷC產(chǎn)生的MSK信號(hào)的相位連續(xù)性需要加入相位常量，這將增加MSK調(diào)制系統(tǒng)的復(fù)雜性。而AD9854芯片的優(yōu)勢(shì)之一就是芯片輸出信號(hào)的相位是連續(xù)的。因此，采用AD9854來產(chǎn)生MSK信號(hào)將大大地降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。

1.1 FPGA配置

在實(shí)際運(yùn)用中，需要AD9854產(chǎn)生符合要求的MSK信號(hào)，則要采用FPGA對(duì)AD9854進(jìn)行配置。FPGA與AD9854硬件連接如圖1所示，圖中管腳定義如表1所示。

當(dāng)把硬件電路搭建完畢之后，就可以使用FPGA去配置AD9854中的寄存器以實(shí)現(xiàn)AD9854的相應(yīng)功能，以使AD9854產(chǎn)生MSK信號(hào)。

對(duì)于MSK信號(hào)，其兩組頻率相互正交，其頻差△f=f2-f1=1/2Tb，即調(diào)制指數(shù)h為：

由式(5)可以看出，為了保證相位的連續(xù)性，在本比特區(qū)間所加的相位常量不僅與本比特區(qū)間的輸入有關(guān)，還與前一個(gè)比特區(qū)間內(nèi)的輸入及相位常數(shù)有關(guān)，這將大大增加了非AD9854方法產(chǎn)生MSK信號(hào)的難度。但是在第1節(jié)提到AD9854芯片本身就可以保證輸出信號(hào)相位的連續(xù)性，因此在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不需要考慮MSK信號(hào)的相位連續(xù)問題。

本系統(tǒng)中AD9854產(chǎn)生的MSK信號(hào)的參數(shù)如表2所示。

根據(jù)式(3)，得到MSK信號(hào)的兩組頻率為：

1.2 AD9854寄存器

AD9854擁有很高的可操作性，它擁有39個(gè)可配置寄存器，可以根據(jù)用戶要求對(duì)頻率、相位、幅度、時(shí)鐘等參數(shù)進(jìn)行配。AD9854所有需要配置的寄存器如表3所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)本文提出的MSK信號(hào)生成方法生成MSK信號(hào)，用示波器觀測(cè)生成信號(hào)如圖2所示，用頻譜分析儀觀測(cè)生成信號(hào)頻譜如圖3所示。

系統(tǒng)中MSK信號(hào)兩組頻率的頻差只有100 Hz，因此，MSK的時(shí)域波形類似于正弦波如圖2所示。從示波器中的波形可以看出該法生成的MSK信號(hào)包絡(luò)恒定、相位連續(xù)，穩(wěn)定無抖動(dòng)。

用頻譜儀觀測(cè)的MSK信號(hào)頻譜，可得輸出中心頻率為300KHz，輸出電平為-14dBm，無雜散動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到60dB，滿足指標(biāo)要求。

3 結(jié)論

文中我們利用FPGA來配置AD9854產(chǎn)生MSK信號(hào)，并在軟件和硬件的層面給出了設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明采用本文方法產(chǎn)生的MSK信號(hào)指標(biāo)優(yōu)良，效果良好。因此，文中為現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)中的MSK數(shù)字調(diào)制提供了一種新穎、有效的方法。