Фазокогерентный модулятор FSK (CN-0186)

Стандартный одноканальный синтезатор прямого цифрового синтеза (direct digital synthesizer, DDS) не сохраняет когерентности фазы при переключении с одной частоты на другую. Архитектура DDS устроена таким образом, что переключение частот происходит с непрерывной фазой (см. рис. 1). Схема на рисунке 2 демонстрирует, как конфигурируется многоканальный синтезатор DDS AD9958/AD9959 [1] в качестве устойчивого фазокогерентного модулятора сигналов FSK (частотной манипуляции) с помощью суммирования выходов отдельных каналов DDS.

Рис. 1. Фазокогерентное переключение частоты и переключение частоты с непрерывной фазой

Рис. 2. Конфигурация фазокогерентного модулятора FSK (упрощенная схема: показаны не все связи и компоненты развязки по питанию)

Применение многоканального синтезатора DDS исключает проблемы, связанные с влиянием температуры и временнóйсинхронизацией отдельных каналов, которые возможны при использовании в данной задаче нескольких синхронизированных одноканальных устройств. Несмотря на то, что отдельные каналы многоканального синтезатора DDS имеют независимые выходы, они синхронизируются одним и тем же фронтом системного тактового сигнала. В свою очередь, при синхронизации независимых одноканальных синтезаторов возможно расхождение фронтов системного тактового сигнала внутри отдельных устройств друг относительно друга при изменениях температуры и напряжения питания. Таким образом, многоканальный синтезатор DDS лучше подходит для формирования близких к идеальным фазокогерентных переходов частоты в суммарном выходном сигнале.

ИС формирования и распределения тактовых сигналов AD9520-x [1] используется для формирования высокостабильного опорного актового сигнала AD9958/AD9959, а также тактового сигнала источника модулирующих данных сигнала FSK, которые представляют собой псевдослучайную последовательность (ПСП). AD9520 поддерживает несколько вариантов уровней выходного логического сигнала и имеет функцию подстройки задержки. Эта функция может быть использована для выполнения требований к временам предустановки и удержания битов потока модулирующих данных FSK относительно сигнала SYNC_CLK многоканального синтезатора DDS D9958/AD9959.
ИС AD9958 включает в себя два независимых канала DDS с дифференциальными токовыми выходами. В рассматриваемой схеме эти токовые выходы, по которым передаются сигналы двух предварительно запрограммированных частот (F1 и F2), соединяются друг с другом (суммируются). Для выбора желаемой частоты используется функция включения/отключения выхода канала (ON/OFF), управляемая внешними выводами переключения профилей. В данном случае профили настроены на управление амплитудой выходного сигнала, которое осуществляется с помощью умножителей на входе каждого из ЦАП.
Для каждого из умножителей устанавливаются два варианта настройки, выбираемые выводами переключения профилей, — нулевой уровень и уровень полной шкалы. Подача низкого логического уровня на выводы переключения профилей приводит к отключению синусоидального сигнала на выходе ЦАП, а при высоком логическом уровне синусоидальный сигнал проходит на выход. Для выполнения этой операции требуются два инверсных потока входных данных, при помощи которых производится переключение с одной частоты на другую.
Два канала DDS работают непрерывно, генерируя сигналы с частотами F1 и F2. Функция OFF обеспечивает отключение выхода соответствующего канала, и, в результате, формируемый сигнал FSK является фазокогерентным.
Для формирования нефильтрованных сигналов, изображенных на рисунках 3 и 4, использовался четырехканальный синтезатор DDS AD9959. Он лучше подходит для демонстрации фазокогерентного переключения, поскольку при помощи двух незадействованных каналов можно генерировать опорные сигналы для наблюдения фазы отдельных частот в суммарном выходном сигнале.

Рис. 3. Фазокогерентное переключение частоты в реальном сигнале FSK

Рис. 4. Фазокогерентное переключение частоты в реальном сигнале FSK

Верхний сигнал на рисунках — суммарный выходной сигнал с фазокогерентным переключением. Следующие два сигнала — опорные сигналы частот F1 и F2. Нижний сигнал — поток данных ПСП, управляющий переключением частоты. Следует заметить, что из-за конвейерной задержки внутри устройства фронты потока данных ПСП не совпадают во времени с моментами изменения частоты в суммарном сигнале.

Компания Analog Devices предлагает широкий спектр устройств прямого цифрового синтеза, микросхем распределения и буферизации тактовых сигналов, которые могут быть использованы для создания генераторов тактовых сигналов на основе синтезатора DDS. Подробнее см. на www.analog.com/dds и www.analog.com/clock.