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基于直接数字颧率ｌ厶战技术的数字调觏实现 江苏电器（２００６ Ｎｏ．６） 设计与研究 基于直接数字频率合成技术的数字调制实现 方二喜，周鸣籁，朱灿焰 （苏州大学电子信息学院，江苏苏州２１ ５ ０２１） 摘要： 通过对赢接数字合成技术ＤＤＳ ＬＩＺ作原理的分析，结合具体的ＤＤｓ芯片ＡＤｇ８５Ｏ，详细介绍ｌ『包 括ＦＭ，ＦＳＫ，ＰＳＫ等多种数字调制方法的实现。结果表明，数字调制具有分辨率高、全数字化ｒＪＪ 编程、相位 噪声低等特点。利用多路选择器连接调制信号和载波信号，可以实现多种调制信号的任意切换。 关键词： 直接数字合成；ＡＤ９８５０芯片：数字调制 中图分类号：ＴＭ７６３；ＴＮ７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—３１７５（２００６）０６—０００７—０２ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ＦＡＮＧ Ｅｒ＿ｘｉ。ＺＨＯＵ Ｍｉｎｇ—ｌａｉ ＺＨＵ Ｃａｎ—ｙａｎ （Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｏｃｈｏｗ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ ２ １ ５０２ １．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ（ＤＤＳ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ａｃｔｕａｌ ＤＤＳ ｃｈｉｐ ＡＤ９８５０．ｄｅｔａｉｌｅｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ＦＭ，ＦＳＫ，ＰＳＫ ｅｔｃ ｍｕｌｔｉ—ｄｉｇｉｔａｌ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ’ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｗａｓ ｍａｄｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａ ｄｉｇｉｔａｌ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｔｏｔａ Ｉ ｄｉｇｉｔａｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ．ａｎｄ ｌｏｗ ｐｈａｓｅ ｎｏｉｓｅ ｅｔｃ．Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉ—ｒｏｕｔｅ ｓｅｌｅｃｔｏｒ ｔｏ ｃｏｎｎｅｃｔ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｃａｒｒｉｅｒ ｗａｖｅ ｓｉｇｎａｌ，ｒａｎｄｏｍ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｓ ｃａｎ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄ． Ｋｅｙ、】． ｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ；ｃｈｉｐ ＡＤ９８５０；ｄｉｇｉｔａｌ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ０引言 一块ＤＤＳ芯片中主要包括频率控制寄存器、高 速相位累加器和正弦计算器三个部分。频率控制寄 传统的模拟凋制系统主要有ＡＭ，ＦＭ，ＰＭ等，在 存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的 这些模拟调制方式中一直存在的问题是：模拟滤波 频率控制码：而相位累加器根据频率控制码在每个 器的种＿类 能太多、其抗十扰分辨性能相当有限； 时钟周期内进行相位累加，得到 个干ｕ位债，正弦 调制方式仅限：ｒ几种，缺乏灵活应变性；对 【作频 计算器则对该相位值计算数亨化 弦波幅度（芯片一 带内的窄带十扰为力，接收和发射信号的能力 般通过查表得到）。ＤＤｓ芯片输｝ｆＪ的一般是数字化的 低，模拟电路十分复杂。 正弦波，因此还需经过高速Ｄ／Ａ转换器和低通滤波 随 蕾高精度人动态范围数字模拟转换器（Ｄ／Ａ） 器 信邑得到一个可用的模拟频率信号。 的出现和广泛使用，：直接数字式合成技术（ＤＤＳ）较之 相位累加器相当于一个受外部时钟控制的汁数 以前的合成技术具有频率转换时间短、频率分辨率 器，每来一个时钟，相位累加器就将累加寄存器输 高、输出相位连续、相位噪声低、ｕＪ 编程、全数字化 出的累加棚位与频率控制预置的，ｆｌＩ位增最 相加， 易于集成等突出优点，可以直接进行高精度的数字 将累加器的结果作为一个地址对正弦查找表进行寻 调制，因此完全可以采用数字凋制方式来代替模拟 址。正弦查找表中存储的是以牛ｕ伉为地址的一个周 调制方式。 期『Ｆ弦信号的采样编码值，这样就将相位累加器输 出的离散相位数值变换成浚相位值对ｆ、 的正弦波的 １ ＤＤＳ工作原理 幅度值，经Ｄ／Ａ变换，再经过低通滤波器甲滑就町 得所需信号波形。 假设系统的参考时钟频率为 ，则 ＝＾ ．／２ ， 基金项目：国家自然科学基金资助项日（６０５７２０７５） 作者简介：方二喜（１９７８一），另，硕士，从事Ｉ乜子ｌ：程、信号处理方ｌ血的研究。 ——－’—— 维普资讯 http://www.cqvip.com
江苏电器 （２００６ Ｎｏ．６） 可见当 一定时，输出频率 大小仅取决于 考虑当Ｋ－１的特殊情况，频率分辨率△，＝ ／２ 。 可见市ｕ位累加器的值Ⅳ决定了频率分辨率的大小， 且输出频率易于调节。关丁二这个简单ＤＤＳ系统的基 本问题就是：最后的输出频率只通过改变参考时钭ｔ 频率或重新改写正弦查找表来改变，这使得它十分 可靠。 ２ ＡＤ９８５０芯片 ＡＤ９８５０是ＡＤ公司生产的高性能的ＤＤＳ芯片，其 主要参数为：１２５ ＭＨｚ时钟速率、片内１０位ＤＡＣ和 高速比较器，３２位频率调谐，５位相位调制，字节 并行或串行载入，＋５ Ｖ或＋３．３ Ｖ电源。其功能结构 图如图１所示： 字输入时钟 茎誓 模拟 信号 输 参考时钟入 输入 出 图１ ＡＤ ９ ８ ５ ０功能结构图 ＡＤ９８５０的ＤＤＳ系统用３２位相位累加器，在数 据进入正弦查找表之前被截短成１４比特，晟后由内 部集成的１０比特的ＤＡＣ产生模拟信号输出。ＡＤ９８５０ 用５比特去控制相位，它允许输出相位以ｌ８０。、９０。、 ４５。、２２．５。、１１．２５。及其任意组合的增量改变。 ＡＤ９８５０还包括内部高速比较器，该比较器被构造成 能接受ＤＡＣ输出，以产牛… 个低抖动的方波输出装 置，这样使ＡＤ９８５０用作时钟发生器时变得非常方 便。通过外部的一个ｌ－Ｊ 调电阻，输出电流的幅度 ＿『 被调节成１０￣２０ｍＡ，输出电压可达＋１ Ｖｆ 。 ３ ＤＤＳ实现数字调制 从ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５０的介绍中可以看出，其波 形输出的 个参数：频率、干Ⅱ位和幅度都由数字码 确定。频率分辨葺墨由相位累加器的位数决定，卡ｆＪ位 分辨率由ＤＤＳ的查询表位数决定，幅度分辨率巾ＤＡＣ 的地址位数决定。所以，将ＤＤＳ应用于各种数字调 制是 然可行的。 一８一 基 直接数字顿率合成技术的数字 翻实现 需要指出的是，ＡＤ９８５０在输出１ Ｍ以上的较高 频率时，其信号的幅度衰减严重，随着频率的增加 基本匕足线忡降低的特性曲线。ＡＤ９８５０的１ ２引 脚 足ＤＡＣ的外部连接电阻，这个电阻口ｊ‘以设置 ＤＡＣ的满晕稗输出电流，风 和Ｌ 的关系是 ＝ ３２（１．２４８『，／ ）。 此，可以通过改变 哪的方法 来改变满量程输出电流，从而改变输出波形的幅度。 采用程控数字电位器，根据不同的输出频率要 求，设定 同的 的值，得到相同的电压输出幅度。 ３．１ ＤＤＳ实现ＦＭ 在模拟电路中，调频是通过调制信号作用于压 控振荡器（ＶＣＯ）来实现的。而ＤＤＳ采用数字技术，频 率控制宁 的变化就ｕＪｌ以改变频率，利用这一点，我 们可以将调制信号经Ａ／Ｄ转换后叠加在频率控制字 Ｋ｝二米实现调频 ，其原理框图如图２所示。 厂—————一 困’ＤＤＳ聋孙调师 ３．２ ＤＤＳ实现ＦＳＫ 以二进制频移键控（２ＦＳＫ）为例，载波频率随着 调制信号１或０向变，１对应于载波频率 ，０对应 于载波频率 。系统定时器产生周期性的溢出中断， 作为码符同步信号。每次中断取一次调制信号的码 元，根据不 的调制信号码，送出不同的频率控制 宁给ＡＤ９８５０，输山不刚的频率。 ３．３ ＤＤＳ实现ＰＳＫ ＰＳＫ调制是根据数据控制载波的相位，在现代 通信技术中占有重要的位置。利用ＤＤＳ技术，ＡＤ９８５０ 内有一个相位寄存器，为实现复杂的相位调制创造条 什。ＡＤ９８５０用５比特去控制相位，在０￣３６０。内，它 允许输卜Ｈ相位以１８０。、９０。、４５。、２２．５。、１１．２５。 及其任意组合的增量改变。 以ＱＰＳＫ四相调制为例，一般采用格雷编码，根 据信号星座图的安排，相对相移４５。、１３５。、２２５。、 ３１５。分别对应于信息比特Ｏ０、０１、１１、１０。因此， 在ＱＰＳＫ训制设计中，只需对接收的数据每２比特一 组进行差分编码，根据ＡＤ９８５０的相位字，对应的信 （下转第２４页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 江苏电器 （２００６ Ｎｏ．６） 输出，电源控制柜就ｖ－￣［Ｊ将高压直流脉冲送出。 或Ｃ相选相。后续相与选相相同步动作。但实际的 开关Ａ、Ｃ相合闸时间会有差别，因而选相控制器一 般有两路输出，正是为了对后续相合闸时间差别的 调整。 ３ ＣＹ２０００型选相合闸控制系统的应用分 析与研究 ３．１试验室选相合闸控制系统 试验室选相合闸控制精度一般３～５。电位角， 采用专门设计的选相开关。而ＣＹ２０００型选相控制器 合闸控制精度０．１。电位角，更保证了整个系统的高 精度。 非常重要的是合闸开关一般不具备分断能力。 合闸开关在接到选相合闸命令后应白保，待ＰＬＣ在 分断前级开关后解除，以防止前级开关分断前合闸 开关分断而导致损坏。因而选相控制系统要与试验 控制系统的主控制器￣ＷＰＬＣ协调配合。 由于试验室选相回路三相均装有选相开关，ＰＬＣ 仅提供一起动信号，因而将选相控制器改为三路输 出，以将其中一相设置为预合相。同时由于选相控 制没有合闸自保，因而ＰＬＣ的设置应确保在选相控 ＣＹ２０００型选相控制器配合选相开关组成选相控 制系统。如图５所示： 制程控自保解除前分断前级断路器。 根本的解决方案是：选用带有选相功能的时序 控制器取代ＰＬＣ，使试验主控系统与选相控制系统成 为一整体，如ＢＥ３２００，ＣＹ２０００—３２高精度多路时序 控制器。但因造价较高难以接受，因而采用ＰＬＣ与 选相控制系统组合时应选择有适当辅助接点的合闸 测控室 ・ 现场 开关（接触器），使选相控制系统可合闸白保，以防 止前级开关分断前合闸开关分断而导致损坏。 参考文献 ［１］ＣＹ２０００同步控制器技术条件［Ｇ］．西安市创元电器科 技有限责任公司． ５一合闸命今 １一ＣＹ２ ０００型选相控制器 ２一参考相电压互感器 ３一控制箱 ４一选相开关 图５选相控制系统 ３．２实际应用中遇到的问题和解决方案 理论上讲，选相开关无论对单相或三相试验都 只需要一相。一般设计Ａ、Ｃ相安装选相开关，Ｂ相 直通，这样单相试验时可灵活地选择Ａ、Ｂ相或Ｂ、Ｃ 相；三相试验时，Ｂ相作为预合相可灵活地选择Ａ相 ［２］ＣＹ２０００选相控制器使用说明［Ｇ］．西安市创元电器科 技有限责任公司． 修稿日期：２００６—０９—２２ （上接第８页） 息码在同步脉冲作用下，根据差分编码的数据查找 相应的相位字并填入相位寄存器中即完成［３］。 ３．４ ＤＤＳ实现其他数字调制 具有正交输出的ＤＤＳ芯片还可以直接完成ＭＳＫ、 制进行了初步探讨，相对于模拟调制而言，数字调 制具有分辨率高、全数字化可编程、相位噪声低、误 码率低等特点。利用多路选择器连接调制信号和载 波信号，可以实现多种调制信号的任意切换。 参考文献 ［１］ＣＯＭＳ １２５删ｚ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ ＤＤＳ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ ＡＤ９８５０ ＧＭＳＫ、Ⅱ／４—２ＤＱＰＳＫ和多种ＱＡＭ。调制数据生成部分 实现输入数据的格式变换（转换为相应调制方式的频 率，、相位 或幅度Ａ信息值），并成形、内插为较 高速率的基带波形数据，同时还提供系统调制的参 数。 ［Ｇ］．ＡＮＡＬＯＧ ＤＥＶＩＣＥＳ． ［２］陈志龙，王本龙．直接数字频率合成技术实现调频 ［Ｊ］．电讯技术，１９９８，３８（２）：３１—３４． ４结语 对基于直接数字频率合成技术（ＤＤＳ）的数字调 ［３］熊俊俏，卢荣德，黄金平，等．基于ＤＤＳ技术的多种 数字调制实现［Ｊ］．测控技术，２００１，２０（８）：５６—５９． 修稿日期：２００６－０９—１５ 一２４一
