摘要:AD9857是一種可廣泛用于電力線通信中的數(shù)字上變頻芯片,文中介紹了AD9857的工作原理和使用方法,并針對電力線通信發(fā)射機的設計,詳細討論了AD9857的配置和相關電路的設計方法。
關鍵字:AD9857;電力線通信;數(shù)字上變頻
0 引言
電力線通信PLC (Power Line Communication)技術作為一種新型的通信方式,被廣泛用于遠程監(jiān)控指示、設備保護、電力線自動抄表、電網(wǎng)負載控制和供電管理等領域。隨著通信科技的不斷發(fā)展,軟件無線電技術為電力線通信系統(tǒng)的設計提供了新的方法;谲浖䶮o線電的電力線通信發(fā)射機硬件平臺包括FPGA模塊、AD9857上變頻模塊、濾波放大模塊及其它模塊。其中,F(xiàn)PGA模塊用于進行基帶處理和系統(tǒng)控制。AD9857模塊用于實現(xiàn)基帶信號的數(shù)字上變頻,并將基帶信號變頻為中頻信號,然后通過濾波放大模塊,送入電力線耦合模塊。因此AD98-57是連接數(shù)字信號和模擬信號的橋梁,其性能的好壞將影響電力線通信的質(zhì)量。
1 AD9857的工作原理
AD9857是由Analog Devices公司研發(fā)的14位積分數(shù)字上變頻器件,具有200 MHz內(nèi)部時鐘速度。它集成了帶鎖定指示器的4~20倍可編程時鐘倍頻器,可提供高精度的系統(tǒng)時鐘;可選擇單端或者差分輸入?yún)⒖紩r鐘,輸入時鐘范圍為10~50MHz;具有14位DUC、DAC數(shù)據(jù)通道,且集成了兩個插值濾波器及CIC預先補償濾波器,可接受復合I/Q數(shù)據(jù)輸入;具有32位頻率控制字,最高可產(chǎn)生90 MHz的載波輸出,同時由DDS提供正交載波,可實現(xiàn)PAM、QAM、ASK、FSK等多種信號的上變頻調(diào)制;具有10MHz串行通信控制接口,可與SPI兼容;具有8位的輸出幅度控制及較好的動態(tài)輸出特性,例如當輸出65 MHz模擬信號時,其無雜散動態(tài)范圍SFDR大于80 dB。
AD9857主要由14位并行數(shù)據(jù)輸入接口、CIC反轉(zhuǎn)濾波器、固定插值因子濾波器、CIC可編程插值濾波器、正交調(diào)制器、直接數(shù)字頻率生成器DDS、反轉(zhuǎn)SINC濾波器、14位DAC以及串行通信端口、內(nèi)部寄存器、時鐘電路等部分組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能如圖1所示。
AD9857有三種工作模式:正交調(diào)制模式、單頻模式以及內(nèi)插數(shù)模轉(zhuǎn)換模式。此處選取正交調(diào)制模式。AD9857的核心部分是內(nèi)插濾波器與正交數(shù)字混頻器。內(nèi)插濾波器通過在原始取樣值附近增加新的取樣值——零值來增加輸出信號的采樣率,但在時域中向數(shù)據(jù)插入零值時,信號將會在頻域上產(chǎn)生原始信號頻譜的鏡像。因此,還需通過低通濾波器將鏡像頻譜濾除。正交數(shù)字混頻器將內(nèi)插后的I/Q信號與正交載波信號進行數(shù)字混頻,來完成上變頻過程。正交載波信號由直接數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn)生,其載波頻率可通過一個32位的寄存器控制,具有較高的頻率精度。
2 AD9857的初始化
AD9857的初始化主要是通過對一個串行接口配置AD9857及其內(nèi)部參數(shù)的方式進行。AD9857提供了一個靈活的同步串行通信口,該串口兼容Motorola的6095/11 SPI協(xié)議及Intel8051SSR等協(xié)議,允許對配置AD9857的所有寄存器進行讀寫操作。同時,在支持單字節(jié)和多字節(jié)傳輸方式的情況下還可支持先傳MSB,或先傳LSB的傳輸方式,此處選用MSB方式,其串口管腳包括CS、SDIO、SD0、SCLK和SYNCIO。
AD9857的一個串口通訊周期分為以下兩個階段:
第一階段是指令周期,即對AD9857的指令字節(jié)的寫入。指令字節(jié)給AD9857的串口控制提供有關數(shù)據(jù)傳輸周期的信息,并可確定即將到來的數(shù)據(jù)傳輸是讀還是寫、數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)以及傳輸?shù)牡谝粋字節(jié)的寄存器地址。
第二階段是數(shù)據(jù)傳輸周期。每個通訊周期的前8個SCLK上升沿用來寫AD9857的指令字節(jié),其余的SCLK上升沿是為了通訊周期的第二個階段,即AD9857和系統(tǒng)控制器間的數(shù)據(jù)傳輸。AD9857的所有數(shù)據(jù)傳輸在SCLK上升沿被寄存,在下降沿被送出。圖2所示是寄存器數(shù)據(jù)寫時序圖。
SYNCIO信號可用于串口同步。當傳輸一個周期后,為防止符號同步丟失,應使SYNCIO信號拉升為一高電平,并持續(xù)一個時鐘周期,而后重新拉低,即開始下一個通信周期。