基于DDS芯片AD9852和单片机实现短波通信跳频源的设计

ＤＤＳ是一种直接对参考时钟进行抽样、数字化，然后用数字计算技术产生频率的频率合成方法。它的工作原理是在采样频率一定的条件下，通过控制两次连续采样之间的相位增量（不得大于π）来改变所得的离散序列的频率，然后经保持和滤波，唯一地恢复出该频率的模拟信号。ＤＤＳ的工作原理框图如图１所示。

ＡＤ９８５２是ＡＤ公司的ＤＤＳ芯片可广泛用于军事通信、雷达等各个领域。文中用ＡＤ９８５２实现的跳频源可在外部拨码开关的控制下对输出频率进行调整，以完全达到预期的设计指标。

１、ＡＤ９８５２简介

ＡＤ９８５２的功能框图由图２所示。由图可见，ＡＤ９８５２内部包括一个具有４８位相位累加器的ＮＣＯ、一个可编程时钟倍频器、一个反ＳＩＮＣ滤波器、两个１２位３００ＭＨｚ ＤＡＣ、一个高速模拟比较器以及接口逻辑电路。其主要特点如下：

●带有３００ＭＨｚ内部时钟；

●可输出ＦＳＫ、ＢＰＳＫ、ＰＳＫ、ＣＨＩＲＰ、ＡＭ等信号；

●带有两个１２位Ｄ／Ａ转换器；

●１００ＭＨｚ时具有８０ｄＢ ＳＦＤＲ的动态性能；

●内含４ｘ到２０ｘ可编程参考时钟倍频器；

●带有两个４８位可编程频率寄存器和两个１４位可编程相位偏移寄存器；

●具有１２位调幅及可编程整形功能；

●带有单引脚ＦＳＫ和ＢＰＳＫ数据接口。

●有１０ＭＨｚ的２线或３线ＳＰＩ兼容串口接口和１００ＭＨｚ ８位并行接口。

ＡＤ９８５２采用小型８０引脚ＬＱＦＰ封装，３．３Ｖ单电源供电，使用十分方便。但由于该器件功耗较大（普通工作模式下约为１．５Ｗ），因此应用时应特别注意散热，避免芯片由于过热而损坏。

２、跳频源主要指标及设计方案

跳频源的主要指标如下：

●输出频率：１０～１２．２ＭＨｚ；

●步进：１００ｋＨｚ；

●跳频时间：小于１ｍｓ；

●输出功率：１０ｄＢｍ；

●谐波抑制：６０ｄＢｃ；

●相位噪声：－１３０ｄＢｃ／Ｈｚ ＠１０ＫＨｚ；

●宽频带无杂散动态范围（ＳＦＤＲ）：５０ｄＢｃ。

根据上述指标要求，采用ＡＴ８９Ｃ５１单片机来控制ＡＤ９８５２以实现该跳频源。参考信号由４０ＭＨｚ的恒温石英晶体振荡器（ＯＣＸＯ）产生。为了抑制杂散，方案中在ＡＤ９８５２的ＤＡＣ输出端加上截止频率为１６ＭＨｚ的低通滤波器。ＡＤ９８５２的输出信号功率大约为－８ｄＢｍ，而这显然不能满足要求，因此笔者选用了ｍｉｎｉ公司的一款优秀的放大模块ＥＲＡ－３来对信号进行放大（约２０ｄＢ）。同时在输出端加上低通滤波器来抑制放大模块所产生的谐波。

３、基于ＡＤ９８５２的跳频源设计

３．１ ＡＤ９８５２控制电路

图３所示是ＡＤ９８５２的控制电路。对ＡＤ９８５２的控制可采用ＡＴ８９Ｃ５１单片机的并行通信方式。将ｃｏｓｉｎｅ ＤＡＣ（４８脚）作为ＡＤ９８５２的输出端，拨码开关用于控制单片机的Ｐ２．０～Ｐ２．５，从而实现对输出频率调谐字的控制，进而控制输出频率。

３．２ 低通滤波器的设计与制作

要实现各项指标，应在电路中使用两个截止频率为１６ＭＨｚ的７阶切比雪夫滤波器其电路图如图４所示。在滤波器的设计过程中，如何准确实现高Ｑ值的电感，直接影响着滤波器的最终性能。由图４可知，滤波器中的电感量约为７００ｎＨ，可采用ＡＷＧ＃２６漆包线绕在磁导率为２０的镍锌磁环上，然后与一个已准确得知容值的电容（如１００ｐＦ左右）相并联，接着在矢量网络分析仪上测出它的并联谐振点，从而推算出所绕电感的大小。接下来仔细调节谐振点就可以确定所需的电感量。采用这种方法确定的电感准确度高，实现方便。图５为用ＡＤＳ仿真的滤波器传输特性曲线（Ｓ２１），其中电感Ｑ值设定为５０。实际做出的滤波器性能与仿真结果基本一致。

３．３ 软件部分

设计该跳频源软件时，首先应对单片机中一些特殊端口进行初始化设定：

ＵＰＤ ＥＱＵ Ｐ１．７

ＷＲＢ ＥＱＵ Ｐ１．６

ＳＰＳ ＥＱＵ Ｐ２．７

ＲＥＳ ＥＱＵ Ｐ２．６

在完成对单片机本身以及ＡＤ９８５２的初始化过程之后，单片机就可开始对端口２进行读数，以确定所需输出信号的频率。由于ＡＤ９８５２的频率字为４８比特（６个字节），因此实际地址应该是Ｐ２口后６位读出的数的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：

然后将相应位置的频率字写到ＡＤ９８５２的频率字寄存器。

ＥＲＳＩ：ＭＯＶ Ｒ１ ，＃０６Ｈ ；每个频点需要送４８位数

ＭＯＶ Ｒ３ ，＃４４Ｈ ；ＦＴＷ１的最高位地址为０４Ｈ

ＳＴＡＲＴ：ＭＯＶ Ｒ２，Ａ；

ＭＯＶ ＤＰＴＲ，＃ＴＡＢ２ ；将ＴＡＢ２表首地址送ＤＰＴＲ

ＦＲＥＱ： ＭＯＶ Ｐ１，Ｒ３；

ＭＯＶＣ Ａ，＠Ａ＋ＤＰＴＲ ；将ＡＣＣ对应地址中的数送入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 ;开始新一轮读数

最后是程序的结尾部分，主要是ＡＤ９８５２初始化以及频率字的内容。

ＴＡＢ１：ＤＢ ２０Ｈ，００Ｈ，４０Ｈ;对ＡＤ９８５２进行初始化

ＴＡＢ２：ＤＢ ４０Ｈ，００Ｈ，００Ｈ，００Ｈ，００Ｈ，００Ｈ；频率字１

ＤＢ ４０Ｈ，０Ａ３Ｈ，０Ｄ７Ｈ，０ＡＨ，３ＤＨ，７０Ｈ；频率字２

ＤＢ ４１Ｈ，４７Ｈ，０ＡＥＨ，１４Ｈ，７ＡＨ，０Ｅ１Ｈ；频率字３

…………

ＥＮＤ

４、结束语

以ＡＤ９８５２为核心设计的短波通信跳频源，可通过外部拨码开关来对输出频率进行有效控制，最后得到输出功率为１０．５～１１ｄＢｍ、谐波抑制优于６５ｄＢｃ、杂散优于６０ｄＢｃ的正弦波。由于ＡＤ９８５２的功耗较大，因此，设计时应对芯片采取有效的散热措施，否则容易使芯片过热而损坏，这一点应该引起设计者充分地重视。

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