电赛总结(四)——波形发生芯片总结之AD9854

本文详细介绍了AD9854数字信号发生器的特性参数、操作模式,包括单信号模式、无斜率FSK、斜率FSK、脉冲调频和二进制相移键控(BPSK)等。该芯片适用于通信、雷达等领域的信号发生,具有高频率分辨率、多种调制功能和灵活的操作模式。

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一、特性参数

·300M内部时钟频率

·可进行频移键控(FSK),二元相移键控(BPSK),相移键控(PSK),脉冲调频(CHIRP),振幅调制(AM)操作

·正交的双通道12D/A转换器

·超高速比较器,3皮秒有效抖动偏差

·外部动态特性:

80 dB无杂散动态范围(SFDR@ 100 MHz (±1 MHz) AOUT

·4倍到20倍可编程基准时钟乘法器

·两个48位可编程频率寄存器

·两个14位可编程相位补偿寄存器

·12位振幅调制和可编程的通断整形键控功能

·单引脚FSK和BPSK数据输入接口

·PSK功能可由I/O接口实现

·具有线性和非线性的脉冲调频(FM CHIRP)功能,带有引脚可控暂停功能

·具有过渡FSK功能

·在时钟发生器模式下,有小于25 ps RMS抖动偏差

·可自动进行双向频率扫描

·能够对信号进行sin(x)/x校正

·简易的控制接口:

可配置为10MHZ串行接口,2线或3线SPI兼容接口或100MHZ 8位并行可编程接口

·3.3V单电源供电

·具有多路低功耗功能

·单输入或差分输入时钟

·小型80LQFP 封装

 

二、概述

      AD9854数字合成器是高集成度的器件,它采用先进的DDS技术,片内整合了两路高速、高性能正交D/A转换器通过数字化编程可以输出I、Q两路合成信号。在高稳定度时钟的驱动下,AD9854将产生一高稳定的频率、相位、幅度可编程的正弦和余弦信号,作为本振用于通信,雷达等方面。AD9854的DDS核具有48位的频率分辨率(在300M系统时钟下,频率分辨率可达1uHZ)。输出17位相位截断保证了良好的无杂散动态范围指标。AD9854允许输出的信号频率高达150MHZ,而数字调制输出频率可达100MHZ。通过内部高速比较器正弦波转换为方波输出,可用作方便的时钟发生器。器件有两个14位相位寄存器和一个用作BPSK操作的引脚。对于高阶的PSK调制,可通过I/O接口改变相位控制字实现。具有改进DDS结构的12位I和Q通道D/A转换器可以提供较大的带宽并有较好的窄带无杂散动态范围(SFDR)。如果不使用Q通道的正交功能,它还可以通过配置,由用户编程控制D/A转换。当配置高速比较器时,12位D/A输出的方波可以用来做时钟发生器。它还有两个12位数字正交可编程幅度调制器,和通断整形键控功能,并有一个非常好的可控方波输出。同时脉冲调制功能在宽带扫频中也有重要应用。AD9854的300M系统时钟可以通过4X和20X可编程控制电路由较低的外部基准时钟得到。直接的300M时钟也可以通过单端或差分输入。AD9854还有单脚输入的常规FSK和改进的斜率FSK输出。AD9854采用先进的0.35微米COMS工艺在3.3V单电源供电的情况下提供强大的功能。

AD9854采用节省空间的80脚LQFP表面装配封装和改进散热的80脚LQFP封装。AD9854的引脚与AD9852的单频信号发生器模式相兼容。AD9854的特定操作允许温度是工业级范围:-40到85摄氏度。

 

三、引脚配置和功能描述

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四、管脚功能表

引脚号

记述

功能描述

1 to 8

D7 to D0

八位并行可编程数据输入。只用于并行可编程模式。

9, 10, 23, 24, 25, 73, 74, 79, 80

DVDD

连接数字电路电源输入。正常情况下相对于模拟地和数字地的正向电位是3.3V。

11, 12, 26, 27, 28, 72, 75, 76, 77, 78

DGND

连接数字电路的回路地。 与模拟地具有相同的电位。

13, 35, 57, 58, 63

NC

没有内部连接。

14 to 19

<think>嗯,用户需要推荐适合子设计竞信号处理题目的FPGA外接DAC模块。用户是子设计竞的参者,可能正在准备比设备选型,需要兼顾性能、成本和易用性。 从引用内容看,用户之前接触过AD8055/AD8056运放(引用3)和AD9959这类高端DDS芯片(引用3),说明对信号质量有一定要求。但竞场景更注重性价比和快速开发,所以需要平衡专业性和实用性。 考虑推荐三类模块: 第一类是基础型DAC,比如ADI的AD9708(8位165MSPS)或TI的DAC902。这类芯片成本低,接口简单(并行或SPI),适合入门级信号生成。不过要注意其无杂散动态范围(SFDR)可能只有60-70dB,适合要求不高的场景。 第二类是高速DAC,如AD9744(14位210MSPS)。引用3提到过AD9959,但那是集成DDS的方案,而AD9744是纯DAC,需要FPGA配合DDS算法。优势在于14位分辨率能提供80dB以上的SFDR,适合产生高质量正弦波或复杂调制信号。不过功耗和布线要求较高,需要用户具备一定PCB设计能力。 第三类推荐集成解决方案,比如ADALM-PLUTO这类SDR模块。严格来说这不是纯DAC模块,但自带收发器和ARM处理器,支持MATLAB/Simulink直接控制。虽然成本略高(约300美元),但省去了模拟路设计环节,适合快速实现通信类题目。 特别提醒竞注意事项:要确认模块是否允许带入场。有些比禁止使用完整开发板,但允许自制的DAC子板。建议优先选择引脚引出规范的模块(如PMOD接口),方便现场故障时更换。源设计也很关键——高速DAC的模拟供需要LC滤波,这点在引用3的AD9959应用里也有体现。 最后补充两个实用技巧:一是利用FPGA的JTAG口实现虚拟DAC输出,作为备用方案;二是推荐使用TI的DAC900EVM评估板,它的板载运放可以直接替换成引用3提到的AD8056来改善性能。</think>针对子设计竞信号处理题目的需求,以下是推荐的FPGA外接DAC模块及选型要点: --- ### **一、核心推荐模块** 1. **ADI AD9708/AD976x系列** - **分辨率**:8/10/12/14位可选 - **采样率**:最高125-210 MSPS - **优势**: - 低功耗(<100mW),适合便携设备 - 支持并行LVDS接口,与FPGA直接对接 - 集成度高,外围路简单 - **竞适用场景**: - 基础信号生成(正弦波、方波) - 低成本AM/FM调制系统 2. **TI DAC900/DAC902系列** - **分辨率**:10/12位 - **采样率**:最高165 MSPS - **优势**: - 单源供(+5V),简化源设计 - 内置1.2V参考压源 - 兼容3.3V FPGA逻辑平 - **竞适用场景**: - 实时波形合成(如DDS信号源) - 传感器信号模拟生成 3. **高速高精度方案:AD9744** - **分辨率**:14位 - **采样率**:210 MSPS - **优势**: - 80dB无杂散动态范围(SFDR) - 支持差分输出,抗干扰性强 - 适合高阶调制(如QAM) - **竞适用场景**: - 通信系统原型(如软件无线) - 高保真信号重建 --- ### **二、选型关键参数** | 参数 | 竞建议值 | 说明 | |---------------|---------------------|--------------------------| | **分辨率** | ≥12位 | 影响信号信噪比(SNR) | | **采样率** | ≥100 MSPS | 决定信号带宽(BW≤采样率/2)| | **接口类型** | 并行LVDS > SPI | 高速传输首选并行 | | **功耗** | <300mW | 避免散热问题 | | **输出类型** | 输出 + 外接运放 | 灵活调整幅度(如AD8056) | > 💡 **设计技巧**: > - **运放搭配**:输出型DAC(如AD9744)需外接高速运放(如AD8056)实现I/V转换,引用中提到的AD8056可有效整型波形[^3]。 > - **抗干扰设计**: > - DAC模拟源需LC滤波(如10μH感+10μF容) > - 数字地与模拟地通过磁珠隔离 --- ### **三、典型应用路** ```verilog // FPGA侧DDS核心代码(以DAC902为例) module dds_generator ( input clk, // 100MHz系统时钟 output reg [11:0] dac_data // 12位DAC数据 ); reg [31:0] phase_acc; wire [11:0] sine_value; always @(posedge clk) phase_acc <= phase_acc + 32'h2000; // 频率控制字 sine_lut lut_inst ( .addr(phase_acc[31:20]), // 取高12位作为ROM地址 .data(sine_value) ); assign dac_data = sine_value; // 输出至DAC902 endmodule ``` > 需配合DAC902的时序控制(如时钟同步信号)[^3]。 --- ### **、竞实战建议** 1. **模块化设计** - 使用PMOD/FMC接口连接FPGA与DAC模块,便于更换(如Digilent的PmodDA2) 2. **信号质量优化** - 在DAC输出端添加π型滤波器(LC或RC),抑制高频谐波 - 采用差分走线减少噪声(如使用AD9744的差分输出) 3. **资源节省方案** - 若FPGA自带高速串行接口(如JESD204B),可选用AD9144等新型DAC,减少布线复杂度 --- ### **相关问题** 1. **如何通过FPGA实现AM调制并输出到DAC?** > 需在FPGA内完成调制信号+载波相乘操作[^2],代码示例: > ```verilog > am_signal = (carrier_wave * (mod_data + 12'd2048)) >> 12; // 添加直流偏移后调制 > ``` 2. **DAC输出信号出现台阶如何解决?** > 可能原因: > - 参考压不稳 → 增加稳压路 > - 时钟抖动过大 → 使用FPGA专用时钟引脚 > - 量化误差 → 加入抖动(Dithering)算法 3. **子竞中DAC模块的常见扣分点?** > - 未做阻抗匹配导致反射(50Ω终端阻) > - 未屏蔽高频辐射(用金属罩隔离DAC模拟部分) > 引用说明: > [^1]: 传感器与信号调理模块需与DAC协同工作 > [^2]: FPGA内部AM调制实现方案 > [^3]: 高速DAC的运放选型与系统同步设计
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