关键字：AD9857；电力线通信；数字上变频

0 引言

电力线通信PLC (Power Line Communication)技术作为一种新型的通信方式，被广泛用于远程监控指示、设备保护、电力线自动抄表、电网负载控制和供电管理等领域。随着通信科技的不断发展，软件无线电技术为电力线通信系统的设计提供了新的方法。基于软件无线电的电力线通信发射机硬件平台包括FPGA模块、AD9857上变频模块、滤波放大模块及其它模块。其中，FPGA模块用于进行基带处理和系统控制。AD9857模块用于实现基带信号的数字上变频，并将基带信号变频为中频信号，然后通过滤波放大模块，送入电力线耦合模块。因此AD98-57是连接数字信号和模拟信号的桥梁，其性能的好坏将影响电力线通信的质量。

1 AD9857的工作原理

AD9857是由Analog Devices公司研发的14位积分数字上变频器件，具有200 MHz内部时钟速度。它集成了带锁定指示器的4～20倍可编程时钟倍频器，可提供高精度的系统时钟；可选择单端或者差分输入参考时钟，输入时钟范围为10～50MHz；具有14位DUC、DAC数据通道，且集成了两个插值滤波器及CIC预先补偿滤波器，可接受复合I／Q数据输入；具有32位频率控制字，最高可产生90 MHz的载波输出，同时由DDS提供正交载波，可实现PAM、QAM、ASK、FSK等多种信号的上变频调制；具有10MHz串行通信控制接口，可与SPI兼容；具有8位的输出幅度控制及较好的动态输出特性，例如当输出65 MHz模拟信号时，其无杂散动态范围SFDR大于80 dB。

AD9857主要由14位并行数据输入接口、CIC反转滤波器、固定插值因子滤波器、CIC可编程插值滤波器、正交调制器、直接数字频率生成器DDS、反转SINC滤波器、14位DAC以及串行通信端口、内部寄存器、时钟电路等部分组成。其系统结构与功能如图1所示。

AD9857有三种工作模式：正交调制模式、单频模式以及内插数模转换模式。此处选取正交调制模式。AD9857的核心部分是内插滤波器与正交数字混频器。内插滤波器通过在原始取样值附近增加新的取样值——零值来增加输出信号的采样率，但在时域中向数据插入零值时，信号将会在频域上产生原始信号频谱的镜像。因此，还需通过低通滤波器将镜像频谱滤除。正交数字混频器将内插后的I／Q信号与正交载波信号进行数字混频，来完成上变频过程。正交载波信号由直接数字频率合成器DDS产生，其载波频率可通过一个32位的寄存器控制，具有较高的频率精度。

2 AD9857的初始化

AD9857的初始化主要是通过对一个串行接口配置AD9857及其内部参数的方式进行。AD9857提供了一个灵活的同步串行通信口，该串口兼容Motorola的6095／11 SPI协议及Intel8051SSR等协议，允许对配置AD9857的所有寄存器进行读写操作。同时，在支持单字节和多字节传输方式的情况下还可支持先传MSB，或先传LSB的传输方式，此处选用MSB方式，其串口管脚包括CS、SDIO、SD0、SCLK和SYNCIO。

AD9857的一个串口通讯周期分为以下两个阶段：

第一阶段是指令周期，即对AD9857的指令字节的写入。指令字节给AD9857的串口控制提供有关数据传输周期的信息，并可确定即将到来的数据传输是读还是写、数据传输的字节数以及传输的第一个字节的寄存器地址。

第二阶段是数据传输周期。每个通讯周期的前8个SCLK上升沿用来写AD9857的指令字节，其余的SCLK上升沿是为了通讯周期的第二个阶段，即AD9857和系统控制器间的数据传输。AD9857的所有数据传输在SCLK上升沿被寄存，在下降沿被送出。图2所示是寄存器数据写时序图。

SYNCIO信号可用于串口同步。当传输一个周期后，为防止符号同步丢失，应使SYNCIO信号拉升为一高电平，并持续一个时钟周期，而后重新拉低，即开始下一个通信周期。