基于AD9854 的MSK 调制信号的产生

2015-08-26李德荣

电子设计工程 2015年24期

周泓，李德荣

（西安邮电大学陕西西安710061）

MSK 是一种在无线移动通信中很有吸引力的数字调制方式，可以看成是调制系数为0.5 的连续相位的FSK 信号[1]。相对于传统的FSK 调制方式具有两个主要优点：一是MSK信号在带外产生的干扰非常小，这正是限带工作情况下所希望有的宝贵特点；二是信号包络是恒定的、相位是连续的，系统可以使用廉价高效的非线性器件[2]。

传统的MSK 调制方式与FSK 调制方式类似，即用数字调制加DAC 的方法实现信号频带从零频到中频的搬移[3]。但在具体的硬件实现中，具有一定的难度。首先，在数字调制的过程中，我们要花费一定的代价来保证输出MSK 信号的相位连续性；其次，如果产生的调制信号为高中频信号，那么要保证信号的指标是很有难度的，要在电路PCB 设计上考虑高速走线的干扰、衰减、反馈以及电磁兼容性等一系列问题。

ADI 公司推出的集成DDS 芯片AD9854 能够将数字基带信号直接调制和上变频，而且还能够在芯片内部实现相位连续[4]，不但大大地降低了信号调制难度，还有效地保证了信号的良好指标。因此，与传统的MSK 调制方式相比，具有一定的优势。

1 AD9854 简介及应用

AD9854 是ADI 公司推出的一款高性能DDS 芯片[5-6]，采用先进的DDS 技术，内部耦合两组高速高性能正交D/A 转换器和一组高精度比较器。只要外部提供稳定高质量的时钟源，AD9854 就会产生高稳定性的幅度、频率以及相位可编程的正弦和余弦输出信号。 AD9854 提供48 位的可编程频率字寄存器，支持1 MHz 的频率步进、17 位的可编程相位字寄存器确保了极佳的SFDR 性能。 AD9854 支持灵活的时钟系统，可以允许单端或差分的时钟输入，支持可编程的4 倍到20倍的内部时钟倍频器，芯片内部可产生的最高时钟频率可以达到300 MHz。芯片采用0.35 μm 的CMOS 工艺，支持单端3.3 V 供电。

由于AD9854 支持FSK 调制方式，实际上我们所需要的MSK 信号就是一种特殊的正交FSK 信号，其特殊性在于其两组频率之间的差值是满足这两组频率正交性的最小频差。值得注意的是，MSK 信号的相位是连续的，在调制的过程中我们为了保证产生的MSK 信号的相位连续性需要加入相位常量，这将增加MSK 调制系统的复杂性。而AD9854 芯片的优势之一就是芯片输出信号的相位是连续的。因此，采用AD9854 来产生MSK 信号将大大地降低系统的复杂性。

1.1 FPGA 配置

在实际运用中，需要AD9854 产生符合要求的MSK 信号，则要采用FPGA 对AD9854 进行配置。 FPGA 与AD9854硬件连接如图1 所示，图中管脚定义如表1 所示。

图1 FPGA 与AD9854 硬件连接图Fig. 1 The connection diagramof FPGA and AD9854

表1 FPGA 配置AD9854 管脚介绍Tab. 1 The introduction ofFPGA configuration pins

当把硬件电路搭建完毕之后，就可以使用FPGA 去配置AD9854 中的寄存器以实现AD9854 的相应功能，以使AD9854 产生MSK 信号。

对于MSK 信号，其两组频率相互正交，其频差Δf=f2-f1=1/2Tb[7]，即调制指数h 为：

MSK 信号表达式为：

式中，ak为发送序列比特，Tb为比特长度，fc为输出中频，xk是为了保证t=kTb时相位连续而加入的相位常量。令

为了保持相位连续，在时应有下式成立：

将（4）代入（3）得到：

由式（5）可以看出，为了保证相位的连续性，在本比特区间所加的相位常量不仅与本比特区间的输入有关，还与前一个比特区间内的输入及相位常数有关，这将大大增加了非AD9854 方法产生MSK 信号的难度。但是在第1 节提到AD9854 芯片本身就可以保证输出信号相位的连续性，因此在本系统设计中，不需要考虑MSK 信号的相位连续问题。

本系统中AD9854 产生的MSK 信号的参数如表2 所示。