基于AD8346的通用通信信號發生器

1 引言
??? 通信信號發生器是電磁環境仿真模擬、通信系統設計中的重要部分，也是通信與通信對抗系統研究的基本要素。傳統的通信信號發生器通常由硬件電路模塊組成。但該通信信號發生器存在硬件規模大、資金投入多、不易擴展等缺點；擴展系統功能時，往往只能通過更改硬件電路實現信號發生器升級，因而傳統通信信號發生器無法適用現代系統開發和電磁環境構建的需求。
??? “軟件無線電”利用硬件電路提供信號的基本通路，通過軟件編程實現傳統無線電系統的收發功能，同時可通過更改軟件，少量改動硬件電路實現系統功能擴展，這種借鑒“軟件無線電”的設計思想，利用軟件設計與基本硬件電路相結合的設計方案，為實現常規窄帶通信的信號發生器設計提供一種新思路。

2 通用通信信號發生器
??? 通用通信信號發生器通過軟件定義調制信號的調制樣式和調制參數，經軟件運算產生相應的數據，由這些數據通過硬件電路產生具體的調制波形。信號發生器的“通用性”為：系統結構的通用性，硬件系統的通用性和軟件模塊的通
用性。圖l為信號發生器的原理框圖。

??? 話音、圖像、傳真、數據等基帶信號在計算機中經軟件編程進行適當轉換，生成相對一致的數據格式，并在控制信號的作用下發送至計算機端口。計算機端口外接信號發生及中頻調制硬件模塊，處理計算機端口發送的數據，生成中頻信號。中頻模擬信號再經中頻放大，混頻及高頻放大，用射頻調制信號發送。這種射頻調制信號包含基帶的話音、圖像、傳真、數據等信息，即為通信信號。
??? 系統硬件設計為生成所需調制信號，同時也要避免大量的電路堆積，應用“軟件無線電”的設計思想，直接對包含載頻信息的數據進行D／A轉換，轉換為已調信號。但是，對于包含載頻信息的已調信號來說，根據采樣定理，如果要有效生成已調信號，則要求計算機總線接口的傳輸速率相當大，需要較高的硬件性能，且控制復雜。

3 正交調制法的應用
??? 理想情況下，運用“軟件無線電”的思想，計算機通過運算產生任意通信信號的采樣值，通過D／A轉換后生成所需的任意調制通信信號。但在通信信號帶寬較寬的情況下，直接產生射頻信號所需數據量巨大，這是普通計算機的主頻、總線傳輸速度與外設接口的數據傳輸速率所不能承擔的，而且大量高速的數據傳輸和控制也增加了相應控制電路設計成本和難度，因此“軟件無線電“方法在現實中不可取。大量數據的來源是對載頻信號的采樣量。而基帶信號本身的采樣量遠遠小于載頻信號采樣量，因此計算機能夠實時處理。把表征基帶信號的一些特征通過軟件運算生成采樣值，通過D／A轉換與載頻結合就可產生所需的已調通信信號，這樣就可避免由于對載頻信號采樣而產生大量數據以及相應的復雜控制。為此，可采用正交調制法。
??? 將正交調制法運用于通用通信信號發生器的中頻調制模塊，設計框圖如圖2所示。

??? 圖中，計算機通過軟件計算生成表征基帶信號的I、O串行數據。由雙通道發送D／A轉換器分離以后的I、Q分別轉換成模擬信號，I、Q模擬信號經正交調制器與本地振蕩器正交相乘生成射頻(中間)信號，再經下變頻生成所需窄帶通信信號。系統中，雙通道發送D／A轉換選用10位，40 MS／s的雙通道發射AD9761。

4 AD8346在通信信號發生器中的應用
??? AD8346用于0．8～2．5 GHz的射頻正交調制，可廣泛應用于數字擴頻通信系統、蜂窩傳輸系統、無線局域網絡、OPSK、GMSK、QAM、SSB調制器、頻率同步等領域。
4．1 AD8346簡介
??? AD8346可調制的基帶信號帶寬為直流到70 MHz。單端2．7~5．5 V供電，靜態工作狀態下電流值為45 mA，休眠狀態下電流僅為lμA。該器件具有較高精度，在1．9 GHz時，正交均方誤差僅為l°，I／Q幅度平衡僅為0．2 dB。其優秀的相位精度和幅度平衡特性使其可直接將信號調制到射頻。
??? 從電路功能考慮，AD8346可分為本振接口、混頻器、電壓到電流轉換器、差分到單端轉換器和偏置電路等部分，其內部功能構成如圖3所示。

??? 其中，本地振蕩接口部分通常接收來自LOIN、LOIP輸入端的外接差分輸入，也可由單端驅動。本地振蕩接口部分包括分相器和緩沖放大器。其中，分相器由電阻和電容回路構成，將輸入的L0本振信號分為精確正交的I、Q兩路振蕩信號，驅動兩個正交的混頻器。每個通路的信號通過緩沖放大器補償信號的幅頻衰落并分別通過一個單相網絡增強正交精確度。在正交混頻器中，一路振蕩信號和由IBBP、IBBN饋入的I通道信號相乘，另一路相差90°的振蕩信號和由QBBP、QBBN饋入的Q通道信號相乘。兩個正交混頻器的輸出則通過差分一單轉換器輸出阻抗50 Ω。IBBP、IBBN、QBBP、QBBN的輸入則經電壓至電流轉換器，將基帶的電壓信號轉換成電流，然后送入混頻器。
4．2 AD8346在中頻調制模塊中的應用
??? 根據圖2的中頻調制模塊結構圖，在通用通信信號發生器中頻調制模塊中，雙通道D／A轉換器與正交調制器共同生成射頻信號。在設計中，正交調制器AD8346與雙通道D／A轉換器AD976l相配合能滿足正交調制的設計需求。

AD976l與AD8346同將計算機軟件產生的基帶I、O串行數據生成中心頻率為周定頻率的射頻調制信號，其連接關系如圖4所示。AD9761在控制數據的作用下接收來自計算機生成的基帶I、Q串行數據，在其內部分離I、Q數據，使其進行D／A轉換，分別產生I、Q的模擬信號。其模擬信號經電阻和電容構成的交流耦合電路后送入正交調制器AD8346，在其中與LOIP、LOIN饋入的本振信號正交相乘，最后將正交相乘后的兩路信號合成為調制在本振頻率上的已凋信號。

??? 電路中，為減少額外的輸入信號損耗，直流偏置電路應盡可能保證I通道和Q通道的輸入信號彼此一致，偏置電路的設置使每一個通道的偏置電壓約為1．2 V。為此，使用2．43Ω電阻其精度應為0．1％或更高，而偏置電路和交流耦合電路的作用可使A：D8346從AD9761獲取2 V峰峰值的差分信號輸入，基本無電壓損耗。

5 分析討論
??? 采用圖4電路產生中心頻率固定的射頻信號，當調整本地振蕩頻率時，射頻信號的中心頻率可在O．8～2．5 GHz的范圍變化。AD8346后接下變頻網絡，通過改變下變頻本振，產生所需的短波和超短波通信信號，而且易于實現濾波器特性。
??? AD8346與AD9761采用直流耦合的方式連接。通過偏置電路，可使AD8346的輸入幾乎無電壓損耗，并以差分輸入獲得近似于AD9761峰峰值電壓2 V，同時，也避免引入額外的電壓偏移，對I和Q通道之間輸入電壓的精度要求不高。但是對元器件的選擇要求較高，圖中的2．43 kΩ電阻要求有0．1％以上的精度，對于元器件的選擇要求較嚴格。
??? 由于AD9761是模擬和數字混合電路器件，因此在電路布局時應注意模擬電路地線和數字電路地線的設置和連接。一般情況下，模擬電路地線和數字電路地線應盡可能短并設置為一點連接，避免引入不必要的噪聲而影響模擬電路，降低系統性能。AD8346在通用通信信號發生器中可產生常規的窄帶通信信號。若要產生擴頻等寬帶通信信號，則需在該電路基礎擴展信道編碼的功能。

6 結語
??? 通信信號發生器是電磁環境仿真與模擬、通信系統設計中的重要環節，也是通信與通信對抗系統研究的基本要素。借鑒“軟件無線電”的設計思想，利用軟件生成的數據與基本的硬件框架相結合，通過基本硬件電路在軟件編程的控制下生成所需的常規窄帶通信信號是對通信信號發生器設計的有益探索。該系統設計利用正交調制原理，雙通道D／A轉換器與正交調制器相結合為信號發生器提供核心的硬件框架，體現了信號發生器的“通用性”要求。該系統可相應的在軟件模塊下產生不同調制樣式、調制參數的通信信號。