基于FPGA的AD9910控制设计

　　随着数字信号处理和集成电路的发展，要求数据处理速度越来越高，基于单片机+DDS(直接数字频率合成)的频率合成技术已不能满足目前数据处理速度需求。针对这一现状，本文提出了基于FPGA+DDS的控制设计，能够快速实现复杂数字系统的功能。

　　1 AD9910的硬件电路设计

　　AD9910是ADI公司推出的一款单片DDS器件，内部时钟频率高达1GHz，模拟输出频率高达400 MHz，14-bit的DAC，最小频率分辨率为0.23 Hz，相位噪声小于-125 dBc/Hz@1 kHz(400 MHz)，窄带无杂散动态范围大于80 dB，串行I/O控制，具有自动线性和随机的频率、相位和幅度扫描功能，1 024 32位RAM，具有调幅、调相的功能，1.8 V和3.3 V供电，可实现多片同步。应用在高灵敏度的频率合成器、可编程信号发生器、雷达和扫描系统的FM调制源、测试与测量装置以及高速跳频系统AD9910芯片的主要外围电路为：参考信号源、控制、环路滤波器和输出低通滤波器等电路。参考信号源为AD9910提供基准频率，参考信号输入芯片后，内部的倍频器和锁相环起作用产生1GSPS的系统时钟;控制电路通过芯片的I/O给内部寄存器写入内容，寄存器内容不同，芯片工作状态不同，控制芯片可以是单片、FPGA或DSP，本设计采用FPGA;AD9910提供专门的管脚外接环路滤波器，以优化内部PLL的性能，环路滤波器为简单的低通滤波器;AD9910输出高达400 MHz的模拟信号，为了减少噪声，在它的输出端口设计了400MHz的低通滤波器。

图1为实际设计的AD9910外围连接图。

　　在AD9910的电路设计中，应注意以下几个问题：

　　1)AD9910电源和地设计。AD9910需要4组电源，AVDD(1.8 V)、DVDD(1.8 V)、AVDD(3.3 V)和DVDD(3.3 V)，模拟电源和数字电源需要隔离，电源管脚的滤波最好采用钽电容和陶瓷电容。在PCB设计中，数字地和模拟地分开，用磁珠单点连接，减少干扰。

　　2)AD9910环路滤波器设计。当外部的时钟较低时，例如100 MHz，系统时钟1 GHz，芯片内部的锁相电路起作用，这时需要在外部设计环路滤波器，如图1中R17、C47和C48构成的RC滤波器，电容电阻值用如下公式计算。

　　其中：N为分频比，KD为鉴相器的增益，KV是VCO的增益，fOL是环路带宽。

　　3)晶振电路的设计。AD9910需要外部提供参考信号源，它的质量直接决定了模拟输出信号的质量(频率精度和相位噪声)，本设计采用高精度的温补晶振，频率100 MHz。在PCB设计时尽量靠近时钟管脚。

　　2 FPGA控制AD9910的软件实现

　　采用Ahem公司的EP1C6Q240C8控制AD9910，该器件的外部时钟频率为50 MHz，20个128?36 bit的RAM块，5980个逻辑单元(LE)，240个管脚，属表贴器件。