基于专用数字上变频器的中频调制器

　　0 引言

　　根据奈奎斯特以离散量描述一个正弦波至少需要2个点的波形幅度值。但在实际的工程应用中为了保证信号失真满足系统基本要求，至少需要2.5个离散幅值点来描述一个周期的正弦波信号，若使系统调制信号达到较高的质量则需要8个离散幅值点。

　　例如对于载频为70MHz的数字调制系统，就必须以175～560MHz的信号速率输出数字波形。若系统中频定在100MHz就必须以250～800MHz的信号速率输出幅值。要产生这样高速率的调制波形，以目前的数字器件的技术水平存在一定困难，虽然D/A转换器的速率已经达到1GHz以上，但另一个重要的数字信号处理器部件FPGA，却很难以这样的信号速率输出信号波形所对应的离散幅值点。同时信号的高速率给FPGA同D/A转换器之间的信号连接带来了困难，为保证信号完整性的同时尽量减少高速信号带来的板内串扰，致使PCB板的设计趋向复杂化。

　　因此采用内核速率较高的专用调制芯片，使高速信号的产生、处理、控制、传输过程被封闭在单一芯片内完成，回避了由FPGA产生高速数据流带来的技术困难，以及PCB设计的复杂化。ADI公司针对通信市场设计的高速数字上变频器AD9957是实现高速数字调制的具有普遍适应性的一款高性能芯片。

　　1 AD9957数字上变频器基本技术特性

　　1.1 基本技术指标

　　AD9957内部集成了大量硬件资源，包括正交数字上变频器、滤波器、时钟倍频器、D/A转换器、增益控制器、参数寄存器、波形存储RAM、SPI接口控制器等。可通过对其内部信号参数寄存器的配置产生多种复杂波形。AD9957内核基本性能参数如下：

　　1 GSPS内部时钟速率，模拟输出信号最高频率为400MHz;1 GSPS同步时钟，14b D/A输出;相位噪声小于125dBc/Hz(400MHz);8个可编程键控波形存储寄存器(键控幅度、频率、相位);正交信号输入速率为250MHz/18b;三种可编程工作模式：正交调制方式;单音频方式;内插DAC方式。

　　由上述技术指标可知产生一个载频100MHz的中频调制信号，AD9957在最高内核时钟的驱动下可以实现每个正弦波周期以10个离散幅度点输出，超过高质量波形要求的8个离散幅度点。此外8个键控波形存储寄存器，可以通过控制信号对存储波形的切换实现MSK，BPSK QPSK，8P-SK，MFSK等多种高速率的调频、调相信号。14b的D/A可实现84dB输出信号动态范围。在正交调制工作模式下最大基带码流的输入速率可达250MSPS(I/Q两路总合)。

　　1.2 正交调制方式工作原理

　　正交调制方式是AD9957的基本工作方式，如图1所示。

　　调制18bI路(同相路基带码流)和18bQ路(正交路基带码流)数据实时交替更新，一次内部采样可将I/Q数据一起提取到内部寄存器。AD9957内部提供sin和cos的本地数字振荡器分别同I，Q输入数据流相乘，产生正交调制数据流之后相加，如下式：