基于DDS的無線數據傳輸系統設計與實現

DDS 技術是近幾年來迅速發展的頻率合成技術， 它采用全數字化的技術， 具有集成度高、體積小、相對帶寬寬、頻率分辨率高、跳頻時間短、相位連續性好、可以寬帶正交輸出、可以外加調制的優點， 并方便與控制器接口構成智能化的頻率源。由于基準時鐘的頻率一般固定， 因此相位累加器的位數決定了頻率分辨率， 位數越多， 分辨率越高。基于DDS 諸多優點， 本系統采用DDS技術來實現數字調制功能， 充分發揮DDS 的優勢， 使系統結構簡單、功能強大。

　　1 硬件實現及工作原理

　　本系統為一套無線數據傳輸系統， 硬件電路分為發射機電路和接收機電路兩部分。

　　1.1 發射機電路

　　如圖1 所示，發射機硬件電路主要由控制器、調制電路、高頻功率放大器、天線、顯示電路與電源部分組成。

圖1 發射機組成圖

　　控制器以TI 公司高性能混合信號處理器MSP430F169為核心， 完成對DDS 、鍵盤、LCD 顯示器的控制和信息處理的功能。MSP430F169 為16 bit 具有精簡指令集的超低功耗混合信號處理器（Mixed Signal Processor） ， 采用1.8 V~3.6 V 電源電壓， 在1 MHz 的時鐘條件下運行時，芯片的電流在200 μA~400 μA， 時鐘關斷模式的最低功耗只有0.2 μA，在8 MHz 晶體驅動下指令周期為125 ns。

　　且MSP430F169 具有豐富的片上外圍模塊， 如看門狗、模擬比較器、定時器、串口、硬件乘法器等。在本系統中，MSP430F169 工作在3.3 V 電壓、8 MHz 主頻下。

　　調制電路以ADI 公司單片DDS 芯片AD9854 為核心。該芯片最高系統時鐘為300 MHz ， 理論輸出信號頻率范圍為直流到150 MHz，最高并行編程速率為100 MHz，采用3.3 V 單電源供電， 與上述控制器芯片匹配， 無需加電平轉換電路，從而實現控制器與調制器的無縫接口。

　　AD9854 支持10 MHz 串行通信方式和100 MHz 并行通信方式， 本系統采用串行數據輸入方式。AD9854 內置4～20 倍頻的PLL， 外部較低頻率的參考時鐘可通過倍頻后得到300 MHz 的系統時鐘， 這樣就避免了設計高頻參考時鐘的難度， 降低了高頻時鐘干擾。AD9854 參考時鐘的輸入有單端輸入和差分輸入兩種方式， 為了使電路簡單， 本設計選用單端輸入方式。外部20 MHz 有源晶振輸出經PLL 電路15 倍頻到300 MHz 后作為系統時鐘。

　　濾波器采用由3 個電感和7 個電容構成的七階橢圓濾波器， 因為AD9854 的最高工作頻率為300 MHz ， 而DDS輸出最高頻率為系統工作頻率的40%左右， 所以本方案中濾波器的截止頻率設計為120 MHz， 有效濾除了高頻干擾，使輸出信號較為平滑。

　　高頻功率放大器工作在丙類方式， 能夠實現較高的效率。顯示器采用LCM128 128×64 點字符點陣液晶顯示器， 用來完成人機交互界面和信息的顯示功能。電源部分采用LM2576-3.3 三端穩壓片， 能夠提供最高3 A 的電流輸出， 完全滿足本系統的要求。同時為了防止AD9854工作時對電源造成干擾， 電路設計采用了大量的濾波電容， 且對數字電源和模擬電源作了很好的隔離， 以防止數字電源對模擬電源的串擾。