基于DDS的无线数据传输系统设计与实现

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DDS 技术是近几年来迅速发展的频率合成技术, 它采用全数字化的技术, 具有集成度高、体积小、相对带宽宽、频率分辨率高、跳频时间短、相位连续性好、可以宽带正交输出、可以外加调制的优点, 并方便与控制器接口构成智能化的频率源。由于基准时钟的频率一般固定, 因此相位累加器的位数决定了频率分辨率, 位数越多, 分辨率越高。基于DDS 诸多优点, 本系统采用DDS技术来实现数字调制功能, 充分发挥DDS 的优势, 使系统结构简单、功能强大。

1 硬件实现及工作原理

本系统为一套无线数据传输系统, 硬件电路分为发射机电路和接收机电路两部分。

1.1 发射机电路

如图1 所示,发射机硬件电路主要由控制器、调制电路、高频功率放大器、天线、显示电路与电源部分组成。

 

图1 发射机组成图

控制器以TI 公司高性能混合信号处理器MSP430F169为核心, 完成对DDS 、键盘、LCD 显示器的控制和信息处理的功能。MSP430F169 为16 bit 具有精简指令集的超低功耗混合信号处理器(Mixed Signal Processor) , 采用1.8 V~3.6 V 电源电压, 在1 MHz 的时钟条件下运行时,芯片的电流在200 μA~400 μA, 时钟关断模式的最低功耗只有0.2 μA,在8 MHz 晶体驱动下指令周期为125 ns。

且MSP430F169 具有丰富的片上外围模块, 如看门狗、模拟比较器、定时器、串口、硬件乘法器等。在本系统中,MSP430F169 工作在3.3 V 电压、8 MHz 主频下。

调制电路以ADI 公司单片DDS 芯片AD9854 为核心。该芯片最高系统时钟为300 MHz , 理论输出信号频率范围为直流到150 MHz,最高并行编程速率为100 MHz,采用3.3 V 单电源供电, 与上述控制器芯片匹配, 无需加电平转换电路,从而实现控制器与调制器的无缝接口。

AD9854 支持10 MHz 串行通信方式和100 MHz 并行通信方式, 本系统采用串行数据输入方式。AD9854 内置4~20 倍频的PLL, 外部较低频率的参考时钟可通过倍频后得到300 MHz 的系统时钟, 这样就避免了设计高频参考时钟的难度, 降低了高频时钟干扰。AD9854 参考时钟的输入有单端输入和差分输入两种方式, 为了使电路简单, 本设计选用单端输入方式。外部20 MHz 有源晶振输出经PLL 电路15 倍频到300 MHz 后作为系统时钟。

滤波器采用由3 个电感和7 个电容构成的七阶椭圆滤波器, 因为AD9854 的最高工作频率为300 MHz , 而DDS输出最高频率为系统工作频率的40%左右, 所以本方案中滤波器的截止频率设计为120 MHz, 有效滤除了高频干扰,使输出信号较为平滑。

高频功率放大器工作在丙类方式, 能够实现较高的效率。显示器采用LCM128 128×64 点字符点阵液晶显示器, 用来完成人机交互界面和信息的显示功能。电源部分采用LM2576-3.3 三端稳压片, 能够提供最高3 A 的电流输出, 完全满足本系统的要求。同时为了防止AD9854工作时对电源造成干扰, 电路设计采用了大量的滤波电容, 且对数字电源和模拟电源作了很好的隔离, 以防止数字电源对模拟电源的串扰。
 

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