AD9854的结构与功能介绍

刘杰 发表于 2017-11-03 11:44:19 收藏 已收藏
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AD9854的结构与功能介绍

刘杰 发表于 2017-11-03 11:44:19

AD9854的结构与功能介绍

  AD9854是ADI公司的一款CMOS工艺300MSPS正交的完整DDS芯片。AD9854是一款高度集成的芯片,采用先进的DDS技术,内部集成了300MHz的DDS核(ASVZ系列为300MHz,ASTZ系列为200MHz)、高速高性能双路正交DAC、反辛格滤波器、双路48位频率寄存器、双路14位相位寄存器、4~20倍时钟倍频器、调幅模块和3ps均方根抖动超高速比较器。DDS核内含48位相位累加器和正弦表。当用稳定精密的时钟源作为基准时,AD9854能产生频率和相位非常稳定、幅度编程可调的正弦或余弦信号,可用作通信、雷达和其它许多应用中的捷变LO。

AD9854的结构与功能介绍

  AD9854采用3.3V单电源供电,允许电源误差为+5%,最大功耗4.06W。由于整体功耗很大,器件内部控制寄存器设置了可以关断比较器、QDAC、数字部分、PLL、反辛格滤波器等模块的关断位,用户可以将未使用的模块关闭,需要时再打开,减小芯片功耗和发热。AD9854的控制接口采用节省I/O口的2线或3线SPI协议串行接口和100MHz高速并行接口。AD9854片上重要模块介绍如下:

  (1)DDS核

  AD9854中的新型高速DDS核提供了48位频率分辨率,在系统时钟300MHz的情况下仍能够精确到1,保持17位即可确保该芯片具有优秀的无杂散动态范围(SFDR),100MHz()输出下SFDR达到80dB。

  根据奈奎斯特采样定理,在300MHz系统时钟下,AD9854理论上最高可以输出150MHz的信号,在实际应用中,输出信号达到150MHz时,信号质量很差,幅度衰减非常大,实际可用最高频率大概在130MHz左右。AD9854的输出信号数字调谐频率可以达到每秒1亿次。

  (2)双路正交DAC

  AD9854内部有两路DAC——IDAC和QDAC。两路DAC的满量程输出幅度由第56引脚的电阻——中电流决定,最大不超过20mA,当设置满量程电流在20mA时可获得最佳SFDR性能。的电流由下式决定:

AD9854的结构与功能介绍

  式中,为输出满量程电流。在输出高频信号时,总谐波失真变得明显,双路DAC的满量程电流更应合理设置以获得最佳SFDR。两路DAC都可以由程序设定是否经过反辛格滤波器。

  IDAC内部固定于正弦表连接,QDAC可配置为与内部余弦表连接或独立出来,作为一个单独的高速电流DAC使用,此时QDAC的输出幅度由用户写入的12位二进制补码决定。当QDAC不用时可以关断以降低功耗。

  (3)反辛格滤波器(反sinc滤波器)。

  DDS是靠高速DAC将模拟正弦信号量化输出的过程,输出信号是由一个一个小台阶构成的。这时信号的频谱为sinc包络,由于DAC的零阶保持效应,输出信号的频谱为sinc包络与脉冲流经过付里叶变换的乘积,所以输出频谱会有遵从sine响应的固有的畸变。反辛格滤波器的频谱响应为反sinc包络,数据经过该滤波器就可以校正sinc包络形的畸变。反辛格滤波器使得宽带信号在低频和高频使得幅度变化不会太大,如QPSK信号。反辛格滤波器能起到稳定幅度的作用,但功耗很大,在300MHz频率下达到400mA以上,且会带来插入损耗。

  (4)时钟倍频器。

  AD9854的参考时钟为300MHz,在最大时钟频率下页能够精确到1。但是这是基于所提供的时钟源为高精度时钟源,如何提供这一高精度、高频参时钟是一个不得不解决的问题。

  有厂商生产这样的振荡器,但性价比太低,一个300MHz的高精度振荡器不比AD9854便宜。而且300MHz的振荡信号还很容易耦合到其他电路中,干扰有用信号。为此,AD9854内设了一个4-20倍可编程时钟倍频器,用户可以外接一个高精度、低频的时钟源,然后经内部倍频后再共给DDS核使用。需要指出的是,AD9854提供两种时钟输入方式——单端输入和双端输入。建议用户将单端时钟经用变压器或时钟芯片(如MC100LVEL16)把单端时钟转换为差分信号再输入到DDS芯片,这样能获得更好的性能。

  (5)调幅模块。

  AD9854在内部还集成了调幅模块,可以通过程序设定DAC输出最大幅度。可以通过高速控制器,如FPGA、DSP对信号进行调幅操作,同时可以用此功能软件稳幅。

  (6)比较器

  AD9854的片上比较器具有300MHz切换速率、3ps均方根抖动,输出可以用作其他电路的高精度时钟源。

  4.总结

  AD9854充分体现了DDS技术的高分辨率、快速转换时间、易于程序控制的特点。AD9854的高性能使得其在诸多场合得以应用,如可编程时钟发生器、雷达和扫描系统的FM线性调频源、测试与测量设备等。

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