AD9856在短波信号发生中的应用

1 引言
    通信信号是研制通信设备和模拟通信电磁环境的重要环节。短波通信是一种目前广泛应用的通信方式。短波信号也是信号发生器设计的重要环节。AD9856是美国模拟器件公司生产的一款DDS调制器，其内部集成高速DDS、12 bitD／A转换器、时钟倍频、数字滤波等功能，适用于通信信号的上变频应用。这里给出利用AD9856设计的基于正交调制方法的短波信号发生系统，从而为通信信号的设计提供参考。

2 短波信号简介
    短波通信是无线电通信的一种。波长介于50-10 m，频率范围为6~30 MHz。发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备，其通信距离较远，因此，短波通信是远程通信的主要手段。由于电离层的高度和密度易受昼夜、季节、气候等因素影响，所以短波通信的稳定性较差，噪声较大。
    短波是唯一不受网络枢钮和有源中继体制制约的远程通信手段，一旦发生战争或灾害，各种通信网络甚至卫星都可能受到破坏和攻击。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力都无法与短波相比；特别是在山区、戈壁、海洋等地区．超短波无法覆盖，主要依靠短波；与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。因此，尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，但短波通信仍然受到普遍关注，不仅没有淘汰，而且还在快速发展。
    近年来，短波通信技术获得长足发展。它可广泛应用于电报、电话、低速传真通信和广播等方面。因此，短波信号是构建短波通信环境的基础，对短波通信设备的研制和电磁环境的模拟具有重要意义。

3 短波信号发生模块的工作原理
    传统的短波信号发生是基带信号通过上变频方式调制中频,再调制到射频。在每一级调制后还要有相应的滤波网络．从中筛选出需要发生的射频。但是此方法，往往硬件设计复杂，涉及的滤波网络规模较大，投入成本也较大。而另一种改进的短波信号发生方法是利用正交调制的原理。对于任意调制窄带通信信号_引，都可以表示为：

   
    式中：幅度r(t)和相位θ(t)表征基带信号的特征。
    将式(1)展开可得

   
    令l(t)=r(t)cosθ(t)，Q(t)=r(t)sinθ分量和载频信号正交相乘，就可生成任意调制信号。因此，将计算机生成的话音、数据、图像、视频等基带信号经计算机运算后，产生基带信号的I、Q分量，I、Q分量再与外部DDS产生的短波载频信号正交相乘，产生短波通信信号。利用该思想设计的短波信号发生模块原理图如图1所示。

4 AD9856简介
    AD9856是美国模拟器件公司生产的一款DDS调制器，其内部集成有高速DDS模块、高速高性能12 bit D／A转换器模块、时钟倍频电路、数字滤波和其他DSP功能，可用于通用I／Q调制器和耗散、动态特性、价格、尺寸等要求较严格的上变频通信应用。
    AD9856的功能框图如图2所示。从功能上，AD9856可分为去复用和串并转换、4×到8×可选内插半带滤波、2×到63×可选内插滤波、4×到20×可编程倍频、DDS和控制电路、正交调制器、反正弦滤波、12 bit D／A转换器等模块构成。其中，去复用和串并转换模块是将输入的复用数据分解，把I、Q串行数据变换为I、Q并行的数据组。DDS和控制功能模块接收器件的控制字，在控制字的作用下产生相应的频率数据．并将频率数据以正弦、余弦两种形式传输给正交调制器。正交调制器将经内插处理的I、Q数据分别和DDS产生的两个相差90°的正交载频数据相乘，然后相加合成，产生输出信号的数据。12 bit D／A转换器模块将输出信号的数据经反正弦滤波处理后转换为输出的模拟信号。其他的4×到8×可选内插半带滤波、2×到63×可选内插滤波、反正弦滤波相应地起到提高D／A转换精度和波形变换作用。

5 利用AD9856设计短波信号发生系统
    利用AD9856设计的短波信号发生系统的部分电路如图3所示。由于AD9856内部集成较多的DDS发生、数模转换及控制、正交调制等功能，因此利用AD9856设计的短波信号发生系统硬件电路较为简单。图3中，计算机运算得到的基带I、Q分量以串行组的方式经缓冲器输入至AD9856的数据输入端组。AD9856在TxENABLE控制信号的作用下，将I、Q分量串行组分离，生成I路数据和Q路数据分别送人相应的内插半带滤波。输入的数据通过编程设定为12 bit模式。输入的两路数据经内插半带滤波后与DDS送来的载频数据正交相乘，并相加合成为短波通信信号数据，再经反正弦滤波提高信号的滚降特性。最后，经处理的数据经12 bitD／A转换器生成所需的短波通信信号。

    AD9856输人数据的格式可设定为12 bit、6 bit和3 bit 3种模式。设计中，为保证生成信号的精度，设定为12 bit。时钟频率也可编程设定。考虑到数据同步，AD9856参考时钟与输入数据时钟应是同一时钟源。内部参考时钟倍频器可由编程设定为4~20倍参考时钟频率，也可由控制总线取消倍频。内部参考时钟倍频器的输出作为内部系统时钟用于DDS和D／A转换器模块。
    上述设定都由AD9856寄存器的控制字设置。串行控制总线寄存器部分定义如表l所示。该系统产生的频率范围，可南直流到80 MHz，覆盖整个短波频段。
    以AD9856为核心的短波信号发生系统可在器件允许范围内产生短波波段的常规通信信号。同时，AD9856的输出波段覆盖部分超短波的波段范围，因此当需要产生较低频段的超短波时，也可以该器件为核心设计相应的信号发生系统。
    由于AD985D是模拟和数字混合电路器件，因此在电路板布局中．应注意模拟电路地线和数字电路地线的设置与连接。一般情况下，模拟电路地线和数字电路地线应尽可能短并设置为一点，避免引入不必要的噪声．从而影响模拟电路工作，降低系统性能。
    以AD9856为核心设计短波信号发生系统产生短波波段常规的窄带通信信号。如果要产生扩频等宽带通信信号，应在该电路后引入信道编码扩展系统功能。

6 结语
    短波通信技术广泛应用于电报、电话、低速传真通信和广播等方面。因此，短波信号是构建短波通信环境的基础，也是研制短波波段通信设备和性能测试的基础。利用AD9856设计的短波信号发生系统大大简化系统，减少投入，提高性能，从而为研究短波通信和模拟电磁环境提供借鉴，对信号发生器的设计具有参考价值。