【摘 要】芯片技术的日新月异，尤其是AD公司推出的高精度、多功能DDS芯片，能够在2MHz到100MHz范围内，分别实现高精度的本振源输出和多模式的校准源输出。本文所介绍的就是基于这种思想为短波探测接收机和短波测向系统设计通用多模式的短波频率源，经实验证明，它能很好地完成系统设计要求。的指标。
【关键词】AD9910;AD9912;DDS;校准源
在短波段，各种测向机和探测接收机通常同时需要高精度的本振源和校准源，尤其是探测接收机，需要产生线性调频脉冲信号，方便同时对多个电离层信道进行并行探测。针对这类需求，多模式频率源的设计显得尤为重要。AD9910和AD9912是ADI公司推出的专用DDS芯片，基于两款芯片的不同特点，文章介绍了如何同时利用两者设计适应于短波段测向机和探测接收机的多模式频率源。
1 设计思路
本次设计的目的是设计一种多模式频率源，即能产生高精度的本振源，同时也能支持多种工作模式的校准源，特别是线性调频脉冲信号。我们选用小型低功耗的FPGA芯片EP3C5U256I7作为主控芯片，扩展通用的232接口和422接口作为对外的控制接口，并通过标准串行SPI接口对AD9910和AD9912进行控制，对外的高频接口分别是本振输出和校准输出。
2 工作原理
AD9912是14位直接数字频率合成器，最高输出频率可达400MHz，支持串行SPI控制和内外部锁相环功能。它的主要特点是支持48bit频率字，频率分辨率可达4uHz，它适合作为高精度的本振源设计。
AD9910基本功能与AD9912类似，不同之处在于，它只能支持32bit频率字，频率分辨率能达到0.23Hz，能适应于精度要求不高的场合;但AD9910有多种工作模式以满足用户的不同需要，如单频调制模式、RAM调制模式、数字斜坡调制模式和并行数据端口调制模式。通过各种模式的应用可以产生单频、扫频、调频、调幅等各种不同调制模式的信号。根据系统需求，这里主要采用单频调制模式和数字斜坡调制模式，单频调制模式用来产生单频信号，数字斜坡调制模式来产生线性调频脉冲信号。
多模式频率源主要工作状态划分为四种，本振单频状态（默认），校准单频状态、校准换频脉冲状态和校准触发脉冲状态。由于系统设计数字接口简单，在物理上模拟电路功能与数字部件是分开的，因此，当修改电路参数或系统升级时，只需通过修改FPGA内部的SPI串行编程端口对内部寄存器做一些简单的修改，不需要改变硬件电路即可实现。
3 硬件设计
硬件设计主要是FPGA与AD9910和AD9912的接口设计，具体包括232/422接口设计、FPGA和AD9912之间的接口设计、FPGA和AD9910之间的接口设计、AD9912的硬件设计和AD9910的硬件设计。SPI_CLK、SPI_CS、SPI_MISO、SPI_MOSI遵循SPI串行总线标准协议，IO_RST为复位信号，在上电时，进行复位操作，可以将芯片内部所有寄存器初始化为缺省值。除SPI总线外，PROFILE0、PROFILE1和PROFILE2用来支持单频工作模式，DRHOLD、DRCTL和DROVER用来支持斜率控制模式。
FPGA的232串口用作实验室内部调试，正式工作时使用422接口，其中232和422接口可用跳线器进行工作模式的切换。FPGA外接18.432MHz的晶振，通过分频分别给232串行接口和SPI串行接口提供时钟。整个系统工作在同源时钟下，避免了时钟速率的切换带来的影响。为了提高本振源模拟输出指标，可以考虑在本振源输出后增加部分滤波电路，提高频率源相噪指标。
4 软件设计
整个FPGA软件内部采用状态机进行编程，综合考虑FPGA内部资源的占用情况和控制速率要求，设计单独的频率字计算模块进行多次调用。其中AD9910和AD9912内部需要用到的寄存器。
AD9912配置：
0x0000选择SPI工作模式、0x0010选择DDS工作模式、0x0020配置分频系数、0x01A6配置频率控制字。
AD9910配置：
0x00寄存器CFR00、0x01寄存器CFR1、0x0E单频调制PROFILE0频率控制字、0x0B数字斜坡限值寄存器、0x0C数字斜坡步长寄存器、0x0D数字斜坡速率寄存器。
目前该产品已经经过厂级验收，这种多模式频率源适合于各种场合，具有设计简单，性能稳定，升级方便等特点，尤其适用于配合各种短波测向接收机和探测接收机使用。
【参考文献】
[1]王家礼，孙璐.频率合成技术[M].西安电子科技大学出版社，2009.
[2]AD9910Datasheet[Z]. Analog Devices Inc， 2008.
[3]AD9912Datasheet[Z]. Analog Devices Inc， 2008.
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[5]杨宾，张莉，吴瑛.基于DSP+DUC的短波阵列信号发生器[J].电讯技术，2005，45（2）：147-148.
[责任编辑：杨玉洁]
