【導(dǎo)讀】頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK) 調(diào)制方案廣泛用于數(shù)字通信、雷達(dá)、RFID以及多種其他應(yīng)用。最簡單的FSK利用兩個(gè)離散頻率來傳輸二進(jìn)制信息，其中，邏輯1代表傳號(hào)頻率，邏輯0代表空號(hào)頻率。最簡單的PSK為二進(jìn)制(BPSK)，采用兩個(gè)相隔180°的相位。圖1展示了這兩種調(diào)制方式。
圖1.二進(jìn)制FSK (a)和PSK (b)調(diào)制。
直接數(shù)字頻率合成器(DDS)的調(diào)制輸出能以相位連續(xù)或相位相干方式實(shí)現(xiàn)頻率和/或相位切換（如圖1所示，另見"利用多通道DDS實(shí)現(xiàn)相位相干FSK調(diào)制," ），使DDS技術(shù)成為FSK和PSK兩種調(diào)制方式的理想選擇。
本文將介紹如何利用兩個(gè)同步DDS通道來實(shí)現(xiàn)零交越FSK或PSK調(diào)制器。在此，我們將利用AD9958雙通道、500 MSPS、純粹的DDS（見附錄）來實(shí)現(xiàn)零交越切換頻率或相位，但是任何雙通道同步解決方案應(yīng)該都可以實(shí)現(xiàn)這一功能。在相位相干雷達(dá)系統(tǒng)中，零交越切換可以減少目標(biāo)特征識(shí)別所需要的后期處理量，而且在零交越PSK可以減少頻譜散射。
盡管AD9958 DDS通道的兩個(gè)輸出相互獨(dú)立，但它們共用一個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，并在同一硅片上，因此，當(dāng)溫度和供電發(fā)生變化時(shí)，它們比同步的多個(gè)單通道器件的輸出具有更加可靠的通道間一致性。另外，不同器件間可能存在的工藝差異性也大于同一硅片上兩個(gè)通道之間的工藝差異性，由此使多通道DDS成為零交越FSK或PSK調(diào)制器的首選。
圖2.零交越FSK或PSK調(diào)制器的設(shè)置。
任何DDS的一個(gè)關(guān)鍵元件是相位累加器，在本方案中，其位寬為32位。當(dāng)累加器溢出時(shí)，會(huì)保留任何剩余值。當(dāng)累加器溢出而無余數(shù)時(shí)（見圖3），輸出正好為相位0，DDS引擎從時(shí)間0時(shí)的值開始工作。零溢出的發(fā)生速率被稱為DDS的完全重復(fù)率(GRR)。
圖3.累加器溢出的基本DDS。
GRR由DDS頻率調(diào)諧字(FTW)最右側(cè)的非零位決定，其計(jì)算公式如下：
GRR = FS/2n
其中：
FS是DDS的采樣頻率。
n是FTW最右側(cè)的非零位。
例如，設(shè)一個(gè)采樣頻率為1 GHz的DDS采用32位傳號(hào)FTW和空號(hào)FTW，其二進(jìn)制值如下所示。此時(shí)，兩個(gè)FTW之一最右側(cè)的非零位是第19位，因此，GRR = 1 GHz/219，約合1907 Hz。
Mark (CH0) 00101010 00100110 10100000 00000000
Space(CH0) 00111010 11110011 11000000 00000000
GRR (CH1) 00000000 00000000 00100000 00000000
DDS本身即以相位連續(xù)方式開關(guān)頻率。這意味著，當(dāng)頻率調(diào)諧字變化時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)相位變化。即是說，當(dāng)新的FTW有效時(shí)，累加器將從其當(dāng)前所處相位開始累加新的FTW。但是，相位相干卻要求瞬時(shí)轉(zhuǎn)換至新頻率的相位，就如新頻率始終存在一樣。因此，為了使標(biāo)準(zhǔn)DDS能實(shí)現(xiàn)相位相干的FSK頻率切換，從傳號(hào)頻率到空號(hào)頻率的變換必須在兩個(gè)頻率具有相同的絕對(duì)相位時(shí)進(jìn)行。為了以相位相干方式實(shí)現(xiàn)零交越切換，DDS必須在0度進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換（即當(dāng)累加器的溢出剩余量為零時(shí)）。因此，我們必須確定相位相干零交越發(fā)生的常數(shù)。如果已知傳號(hào)和空號(hào)FTW的GRR，則兩個(gè)GRR（若不同）中較小者為所需相位相干零交越點(diǎn)
在實(shí)現(xiàn)相位相干零交越切換時(shí)必須遵循三條標(biāo)準(zhǔn)：
1.必須能確定與圖2中CH0關(guān)聯(lián)的傳號(hào)和空號(hào)FTW二者中較小的GRR。
2.必須將第二DDS通道（圖2中的CH1）同步至圖2的CH0，并使FTW中除對(duì)應(yīng)于較小GRR的一位之外全部為零。
3.必須能利用第二通道的翻轉(zhuǎn)來在圖2中CH0上觸發(fā)頻率變換。
不幸的是，在DDS累加器達(dá)到零時(shí)與輸出端出現(xiàn)零相位時(shí)二者之間的延遲會(huì)進(jìn)一步增加解決方案的復(fù)雜程度。可喜的是，該延遲是恒定不變的。對(duì)于理想解決方案，必須對(duì)輔助通道進(jìn)行相位調(diào)整，以補(bǔ)償該延遲。AD9958的兩個(gè)通道都有一個(gè)相位偏移字，可用其來解決這一問題。
AD9958雙通道DDS產(chǎn)生如圖4、圖5和圖6所示的結(jié)果。圖4和圖5所示為相位連續(xù)FSK切換與零交越FSK切換之間的關(guān)系。圖5同時(shí)展示了相位連續(xù)切換和相位相干切換。圖6所示為在多個(gè)頻率之間切換的偽隨機(jī)序列(PRS)數(shù)據(jù)流的結(jié)果。
圖4.相位連續(xù)FSK轉(zhuǎn)換。
圖5.零交越FSK轉(zhuǎn)換。
圖6.零交越（多次FSK轉(zhuǎn)換）。
AD9958雙通道DDS產(chǎn)生如圖7和圖8所示的結(jié)果。這些圖所示為相位連續(xù)BPSK切換與零交越BPSK切換之間的關(guān)系。
圖7.相位連續(xù)BPSK轉(zhuǎn)換。
圖8.零交越BPSK轉(zhuǎn)換。
附錄
雙通道、10位、500 MSPS直接數(shù)字頻率合成器
AD9958 雙通道直接數(shù)字頻率合成器(DDS)功能完善，內(nèi)置兩個(gè)10位、500 MSPS電流輸出DAC，如圖9所示。兩個(gè)通道共用一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘，因此本身就具有同步功能；在需要兩個(gè)以上的通道時(shí)，可以使用額外的封裝。各通道的頻率、相位和幅度可以獨(dú)立控制，使其可以為系統(tǒng)相關(guān)失配提供校正。這些參數(shù)可線性掃描；或者可為FSK、PSK或ASK調(diào)制選擇16個(gè)電平。輸出正弦波可以32位頻率分辨率、14位相位分辨率和10位幅度分辨率進(jìn)行調(diào)諧。AD9958采用1.8 V內(nèi)核電源供電，與3.3 V I/O電源邏輯兼容，功耗為315 mW（所有通道開啟）和13 mW（關(guān)斷模式）。額定溫度范圍為–40°C至+85°C，采用56引腳LFCSP封裝，千片訂量報(bào)價(jià)為20.24美元/片。
圖9.AD9958框圖。
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