作者：David Brandon and Jeff Keip

頻移鍵控 （FSK） 和相移鍵控 （PSK） 調制方案用于數字通信、雷達、RFID 和許多其他應用。FSK 的最簡單形式使用兩個離散頻率來傳輸二進制信息，邏輯 1 表示標記頻率，邏輯 0 表示空間頻率。PSK最簡單的形式是二進制（BPSK），它使用相隔180°的兩個相位。圖1顯示了兩種類型的調制。

圖1.二進制 FSK （a） 和 PSK （b） 調制。

直接數字頻率合成器（DDS）的調制輸出可以以相位連續或相位相干的方式切換頻率和/或相位，如圖1所示，如“多通道DDS支持相位相干FSK調制”中所述，使DDS技術非常適合FSK和PSK調制。

本文介紹兩個同步DDS通道如何實現過零FSK或PSK調制器。此處，AD9958雙通道、500 MSPS、完整DDS（見附錄）用于在過零點切換頻率或相位，但任何雙通道同步解決方案都應能夠實現此功能。在相位相干雷達系統中，過零切換減少了目標特征識別所需的后處理量;在過零處實施PSK可減少頻譜飛濺。

雖然兩個AD9958 DDS通道輸出都是獨立的，但它們共享一個內部系統時鐘，并駐留在一塊硅片上，因此它們應該在溫度和電源偏差范圍內提供比多個單通道同步器件輸出更可靠的通道間跟蹤。不同器件之間可能存在的工藝變異性也大于您在單片硅片中制造的兩個通道之間可能看到的任何工藝變異性，這使得多通道DDS更適合用作過零FSK或PSK調制器。

圖2.過零FSK或PSK調制器的設置。

任何DDS的一個關鍵元素是相位累加器，在此實現中，其寬度為32位。當累加器溢出時，它會保留任何多余的價值。當累加器溢出且沒有余數時（參見圖 3），輸出正好處于相位 0，DDS 引擎從時間 0 的位置重新啟動。經歷零溢出的速率稱為 DDS 的大重復率 （GRR）。

圖3.帶溢出累加器的基本 DDS。

GRR 由 DDS 頻率調諧字 （FTW） 最右邊的非零位確定，由以下公式確定：

GRR = FS/2n

其中：

FS是 DDS 的采樣頻率。
n 是 FTW 最右邊的非零位。

例如，假設采樣頻率為 1 GHz 的 DDS 采用 32 位標記和空格 FTW，并顯示二進制值。在本例中，任一 FTW 最右邊的非零位是 19千位，因此 GRR = 1 GHz/219，或大約 1907 Hz。

Mark (CH0) 00101010 00100110 10100000 00000000
Space(CH0) 00111010 11110011 11000000 00000000
GRR (CH1) 00000000 00000000 00100000 00000000

DDS固有地以相位連續的方式切換頻率。這意味著當頻率調諧字發生變化時不會發生瞬時相變。也就是說，累加器從應用新 FTW 時的任何相位位置開始累積新的 FTW。另一方面，相位相干需要瞬時過渡到新頻率的相位，就好像新頻率一直存在一樣。因此，為了使標準DDS實現相位相干FSK開關，當兩個頻率具有相同的絕對相位時，必須發生從標記頻率到空間頻率的變化。為了以相位相干的方式實現過零開關，DDS必須在0度（即，當累加器溢出零過量時）進行頻率轉換。因此，我們必須確定相位相干過零的時刻。如果標記和空格FTW的GRR已知，則兩個GRR中較小的一個（如果不同）將指示所需的相位相干零交叉點。

實現相位相干過零開關需要三個標準：

確定與圖2的CH0相關的標記和空格FTW的較小GRR的能力。

第二個DDS通道（圖2的CH1）與圖2的CH0同步，并使用FTW進行編程，FTW除對應于較小GRR的一個位外，所有零。

能夠使用第二個通道的翻轉來觸發圖2所示CH0上的頻率變化。

遺憾的是，DDS累加器達到零點與輸出端表示零相位之間的延遲使解決方案進一步復雜化。幸運的是，這種延遲是恒定的。理想的解決方案需要對輔助通道進行相位調整以補償這種延遲。AD9958上的兩個通道都有一個相位偏移字，可用于解決此問題。

AD9958雙通道DDS產生的結果如圖4、圖5和圖6所示。圖4和圖5顯示了相位連續FSK開關與過零FSK開關的比較。圖5顯示了相位連續開關和相位相干開關。圖6顯示了在多個頻率之間切換的偽隨機序列（PRS）數據流的結果。

圖4.相位連續FSK轉換。

圖5.過零 FSK 過渡。

圖6.具有多FSK轉換的零交叉。

AD9958雙通道DDS產生的結果如圖7和圖8所示。這些圖顯示了相位連續BPSK切換與過零BPSK切換的比較。

圖7.相位連續的BPSK過渡。

圖8.過零 BPSK 過渡。

雙通道、10位、500MSPS直接數字頻率合成器

AD9958雙通道直接數字頻率合成器（DDS）配有兩個10位、500 MSPS電流輸出DAC，如圖9所示。兩個通道共享一個公共系統時鐘，提供固有的同步;如果需要兩個以上的通道，可以使用其他封裝。每個通道的頻率、相位和幅度可以獨立控制，從而能夠對與系統相關的失配進行校正。這些參數可以線性掃描;或者可以選擇 16 個電平進行 FSK、PSK 或 ASK 調制。輸出正弦波可以調諧32位頻率分辨率、14位相位分辨率和10位幅度分辨率。AD9958采用1.8 V內核電源供電，外加3.3 V I/O電源以實現邏輯兼容性，所有通道開啟時功耗為315 mW，省電模式下功耗為13 mW。該器件的額定溫度范圍為–40°C至+85°C，采用56引腳LFCSP封裝，1000s售價為20.24美元。

圖9.AD9958原理框圖

審核編輯：郭婷