DDS芯片AD9851及其在跳频通信系统中的应用信息产业部电子第54所　　高保生摘要：本文介绍了直接数字频率合成技术的发展及原理，重点分析了DDS芯片AD9851的原理及其在跳频系统中的应用。
关键词：DDS；AD9851；跳频通信；频率合成跳频通信技术是一种抗干扰通信技术，近年来得到广泛的应用。跳频通信的核心技术之一是跳频频率合成技术。频率合成技术主要有三种方式，即直接合成、锁相频率合成和直接数字合成(DDS)。其中直接数字合成DDS较前两种方法有很大不同，它直接对参考正弦时钟进行抽样和数字化，然后通过数字计算技术进行频率合成。与其它频率合成方法相比，它的优点是：相位连续，频率分辨率高，频率转换速度快。另外还具有价格低廉和良好的可再调制性能。而跳频频率合成器要求频率转换速度快，输出频率范围宽，而且易于使用，由此可见高速DDS很适合于用作跳频频率合成器。1.DDS的原理及特点
　　如图1所示，DDS由相位累加器、正弦查表、D/A转换器和低通滤波器组成。图1中的参考时钟是一个稳定的晶体振荡器，用它来同步整个合成器的各个组成部分，相位累加器类似于一个简单的计数器，在每个时钟脉冲输入时，它的输出就增加一个步长的相位增量值。相位累加器把频率控制字FSW的数据变成相位抽样来确定输出频率的大小。相位增量的大小随外部指令FSW的不同而不同，一旦给定了相位增量，输出频率也就确定了。当用这样的数据寻址时，正弦查表就把存储在相位累加器中的抽样值转换成正弦波幅度的数字量函数。D/A变换器把数字量变成模拟量，低通滤波器进一步平滑并滤掉带外杂散，得到所需的信号波形。
　　DDS的输出频率f_O和参考时钟fr、相位累加器长度N以及频率控制字FSW的关系为：
　　f_O=f_r·FSW/2^N
　　DDS的频率分辨率为：
　　Δf_O=f_r/2^N
　　由于DDS的输出最大频率受奈奎斯特抽样定理限制，所以：
　　f_max=f_r/2
　　目前，DDS产品有Qualcomm公司的Q2334、Q2368；AD公司的AD7008，AD9850，AD9851等，本文主要以AD公司的AD9851进行介绍。
2.AD9851的工作原理及特性
　　AD9851是AD公司最新推出的采用先进的CMOS技术生产的直接数字合成器，它的原理如图2所示。　　AD9851的最高工作时钟为180MHz，内部除了完整的高速DDS外，还集成了时钟6倍频器和一个高速比较器。集成的时钟6倍频器降低了外部参考时钟频率，仅需一个30MHz晶振即可。因此减小了高频辐射，提高了系统的电磁兼容能力。
　　AD9851DDS系统采用了32bits相位累加器及10bitsDAC，在70MHz模拟输出时，DAC输出的抑制寄生动态范围SFDR>43dB。5bits相位控制可现最小11.5°的相位改变。频率控制和相位调节可采用并行或串行方式。
　　AD9851工作电压范围较宽，为2.7～5.2V，180MHz工作时的功耗为550mW，功耗低，在2.7V时仅为4mW。AD9851采用28脚表面贴装形式封装。
3.AD9851在跳频通信中的应用3.1跳频通信的工作原理
　　跳频通信最早应用于军事抗干扰通信，现在广泛应用于移动通信、卫星通信等领域。跳频通信是利用发送信号载频迅速地、伪随机地在很宽的频段内跳变来传送信息，因而具有很强的抗干扰能力。跳频系统工作原理框图如图3所示。
　　跳频通信系统的数据调制一般采用FSK，经FSK调制的窄带信息与伪随机码控制下的频率合成器产生的宽带跳频本振信号混频得到跳频调制信号，再经放大后由天线发射出去。在接收端，跳频信号的接收则通过同步电路来控制伪随机码产生器以使频率合成器产生同发送端频变规律相同的跳频本振，从而得到中频信号。然后将中频信号解调后输出发送数据。
3.2AD9851在跳频通信中的应用
　　由于AD9851具有频率转换速度快、输出频带宽及使用方便等特点，因此，特别适用于做跳频通信中的频率合成器。图4所示为AD9851在跳频通信系统中的应用。　　图4中，在跳频通信发送端，发送数据和伪随机码产生器产生的频率控制信号相加，形成对AD9851的频率控制字，AD9851输出宽带跳频信号和本振信号混频，得到跳频射频信号，经放大后输出至天线发送出去。在接收端，跳频信号下变频后和AD9851产生的跳频信号混频得到中频信号，经数据解调器解调输出数据。接收端同步控制电路产生和发送端同步的跳频控制信号来控制AD9851，使之产生跳频信号，解调电路完成跳频数据的解调输出。
4.结论
　　DDS芯片具有频率转换时间短和频率输出宽的优点，而这正是跳频系统所必须的。DDS应用于跳频通信系统可使系统结构简单，成本低，易于实现。这对于实现小型、轻便、高性能的跳频通信系统十分有利。
η=(28－V_F)/28=2.5％，
　　V_R5=2.5×2.5％=0.1V，
　　因此I_R5=V_R5/R₅=0.1/10k=10μA，
　　R₃₇=(2.5－V_R5)/10=2.4/10－R₃₆=240－R₃₆=130kΩ，
　　调整率可由V_F=27.3V求得。5.自动切换原理　
　　自动切换原理图如图5所示，正常供电情况下，24V直流电由VICOR模块VI－26L－CU产生并经D9输出，此时G6导通，使继电器线圈JC1断电，常开触头不闭合，电瓶不供电，保持充电状态。一旦交流电供电不正常(停电、过高或过低)，D8截止。电容C44、C45放电使JC1吸合，J1接通，转入电瓶供电状态。当电瓶电压低于V_T(即亏电状态)时，UC2906输出高电平，使G6导通，JC1失电，使J1断开，终止由电瓶向外供电。在电瓶供电期间或之后，若交流电恢复正常，电路自动恢复交流供电的工作状态。
　　该文介绍的后备供电控制系统，经在GY－Ⅱ型直放电源中长期运行证明：可靠性高，切换灵活，并可使电瓶寿命平均延长70％左右，值得推广使用。