AD9854的結(jié)構(gòu)與功能介紹

　　AD9854是ADI公司的一款CMOS工藝300MSPS正交的完整DDS芯片。AD9854是一款高度集成的芯片，采用先進(jìn)的DDS技術(shù)，內(nèi)部集成了300MHz的DDS核（ASVZ系列為300MHz，ASTZ系列為200MHz）、高速高性能雙路正交DAC、反辛格濾波器、雙路48位頻率寄存器、雙路14位相位寄存器、4～20倍時(shí)鐘倍頻器、調(diào)幅模塊和3ps均方根抖動(dòng)超高速比較器。DDS核內(nèi)含48位相位累加器和正弦表。當(dāng)用穩(wěn)定精密的時(shí)鐘源作為基準(zhǔn)時(shí)，AD9854能產(chǎn)生頻率和相位非常穩(wěn)定、幅度編程可調(diào)的正弦或余弦信號(hào)，可用作通信、雷達(dá)和其它許多應(yīng)用中的捷變LO。

　　AD9854采用3.3V單電源供電，允許電源誤差為+5%，最大功耗4.06W。由于整體功耗很大，器件內(nèi)部控制寄存器設(shè)置了可以關(guān)斷比較器、QDAC、數(shù)字部分、PLL、反辛格濾波器等模塊的關(guān)斷位，用戶可以將未使用的模塊關(guān)閉，需要時(shí)再打開，減小芯片功耗和發(fā)熱。AD9854的控制接口采用節(jié)省I/O口的2線或3線SPI協(xié)議串行接口和100MHz高速并行接口。AD9854片上重要模塊介紹如下：

　　（1）DDS核

　　AD9854中的新型高速DDS核提供了48位頻率分辨率，在系統(tǒng)時(shí)鐘300MHz的情況下仍能夠精確到1，保持17位即可確保該芯片具有優(yōu)秀的無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR），100MHz（）輸出下SFDR達(dá)到80dB。

　　根據(jù)奈奎斯特采樣定理，在300MHz系統(tǒng)時(shí)鐘下，AD9854理論上最高可以輸出150MHz的信號(hào)，在實(shí)際應(yīng)用中，輸出信號(hào)達(dá)到150MHz時(shí)，信號(hào)質(zhì)量很差，幅度衰減非常大，實(shí)際可用最高頻率大概在130MHz左右。AD9854的輸出信號(hào)數(shù)字調(diào)諧頻率可以達(dá)到每秒1億次。

　　（2）雙路正交DAC

　　AD9854內(nèi)部有兩路DAC——IDAC和QDAC。兩路DAC的滿量程輸出幅度由第56引腳的電阻——中電流決定，最大不超過20mA，當(dāng)設(shè)置滿量程電流在20mA時(shí)可獲得最佳SFDR性能。的電流由下式?jīng)Q定：

　　式中，為輸出滿量程電流。在輸出高頻信號(hào)時(shí)，總諧波失真變得明顯，雙路DAC的滿量程電流更應(yīng)合理設(shè)置以獲得最佳SFDR。兩路DAC都可以由程序設(shè)定是否經(jīng)過反辛格濾波器。

　　IDAC內(nèi)部固定于正弦表連接，QDAC可配置為與內(nèi)部余弦表連接或獨(dú)立出來，作為一個(gè)單獨(dú)的高速電流DAC使用，此時(shí)QDAC的輸出幅度由用戶寫入的12位二進(jìn)制補(bǔ)碼決定。當(dāng)QDAC不用時(shí)可以關(guān)斷以降低功耗。

　　（3）反辛格濾波器（反sinc濾波器）。

　　DDS是靠高速DAC將模擬正弦信號(hào)量化輸出的過程，輸出信號(hào)是由一個(gè)一個(gè)小臺(tái)階構(gòu)成的。這時(shí)信號(hào)的頻譜為sinc包絡(luò)，由于DAC的零階保持效應(yīng)，輸出信號(hào)的頻譜為sinc包絡(luò)與脈沖流經(jīng)過付里葉變換的乘積，所以輸出頻譜會(huì)有遵從sine響應(yīng)的固有的畸變。反辛格濾波器的頻譜響應(yīng)為反sinc包絡(luò)，數(shù)據(jù)經(jīng)過該濾波器就可以校正sinc包絡(luò)形的畸變。反辛格濾波器使得寬帶信號(hào)在低頻和高頻使得幅度變化不會(huì)太大，如QPSK信號(hào)。反辛格濾波器能起到穩(wěn)定幅度的作用，但功耗很大，在300MHz頻率下達(dá)到400mA以上，且會(huì)帶來插入損耗。

　　（4）時(shí)鐘倍頻器。

　　AD9854的參考時(shí)鐘為300MHz，在最大時(shí)鐘頻率下頁能夠精確到1。但是這是基于所提供的時(shí)鐘源為高精度時(shí)鐘源，如何提供這一高精度、高頻參時(shí)鐘是一個(gè)不得不解決的問題。

　　有廠商生產(chǎn)這樣的振蕩器，但性價(jià)比太低，一個(gè)300MHz的高精度振蕩器不比AD9854便宜。而且300MHz的振蕩信號(hào)還很容易耦合到其他電路中，干擾有用信號(hào)。為此，AD9854內(nèi)設(shè)了一個(gè)4-20倍可編程時(shí)鐘倍頻器，用戶可以外接一個(gè)高精度、低頻的時(shí)鐘源，然后經(jīng)內(nèi)部倍頻后再共給DDS核使用。需要指出的是，AD9854提供兩種時(shí)鐘輸入方式——單端輸入和雙端輸入。建議用戶將單端時(shí)鐘經(jīng)用變壓器或時(shí)鐘芯片（如MC100LVEL16）把單端時(shí)鐘轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)再輸入到DDS芯片，這樣能獲得更好的性能。

　　（5）調(diào)幅模塊。

　　AD9854在內(nèi)部還集成了調(diào)幅模塊，可以通過程序設(shè)定DAC輸出最大幅度。可以通過高速控制器，如FPGA、DSP對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅操作，同時(shí)可以用此功能軟件穩(wěn)幅。

　　（6）比較器

　　AD9854的片上比較器具有300MHz切換速率、3ps均方根抖動(dòng)，輸出可以用作其他電路的高精度時(shí)鐘源。

　　4.總結(jié)

　　AD9854充分體現(xiàn)了DDS技術(shù)的高分辨率、快速轉(zhuǎn)換時(shí)間、易于程序控制的特點(diǎn)。AD9854的高性能使得其在諸多場(chǎng)合得以應(yīng)用，如可編程時(shí)鐘發(fā)生器、雷達(dá)和掃描系統(tǒng)的FM線性調(diào)頻源、測(cè)試與測(cè)量設(shè)備等。