DDS器件AD9858及其在雷達信號源中的應用

１　引言

近年來(lái)，隨著(zhù)雷達技術(shù)的迅速發(fā)展,人們對雷達信號的要求也越來(lái)越高。高精度、高掃描率、高抗干擾性、低截獲率成為人們追求的目標。滿(mǎn)足這種需求除了靠產(chǎn)生復雜的雷達波形外，還需要在雷達系統中應用=高性能的器件。而高性能dds技術(shù)、dsp技術(shù)及大規?？删幊踢壿嬈骷夹g(shù)、電子計算機的應用為此類(lèi)問(wèn)題的解決提供了一種新的途徑。ad9858就是一款高性能的dds器件，可方便快速地產(chǎn)生線(xiàn)性調頻、單頻脈沖及編碼調制信號。

２　器件簡(jiǎn)介

adi公司推出的ad9858器件是具有1gsps千兆次取樣/秒速率的直接數字合成器dds、10位d／a轉換器、快速頻率跳躍和精細調諧分辨率功能的單片解決方案。ad9858比先前的解決方案速度快三倍功耗卻未增加，因而適合用在無(wú)線(xiàn)設備、軍事以及航空雷達的設計當中。和其它的高速dds產(chǎn)品不同，ad9858內部集成了dac、相位／頻率檢測器和電荷泵，能滿(mǎn)足設計者的低相位噪音、低虛假能量、快速頻率轉換和寬帶寬線(xiàn)性?huà)呙璧囊?。ad9858的主要性能指標如下：

●具有1千兆次／秒的采樣速率；

●具高達2ghz的輸入時(shí)鐘（可以２分頻）；

●集成有10位d／a轉換器；

●內含32位可編程頻率寄存器；

●帶有8位并行及spi串行控制接口；

●自動(dòng)頻率掃描功能；

●內帶４套頻率寄存器；

●采用3.3ｖ低電源供電；

●采用100腳epad－tqfp封裝；

●集成有２ghz的混頻器。

ad9858芯片的主要引腳包括數據線(xiàn)d7～d０、地址線(xiàn)addr5～addr0、參考時(shí)鐘輸入引腳（refclk）、dac輸出（iout）、寄存器組選擇信號（ps0、ps1）、頻率更新引腳（fud）、系統同步時(shí)鐘（sysc1k）及復位信號（ｒｅｓｅｔ）等。

ad9858芯片的系統結構如圖１所示，它共分三大塊：dds核、模擬混頻器和數字鎖相環(huán)。dds核可在數字域產(chǎn)生能夠表示正弦曲線(xiàn)的數字值。通過(guò)設置不同的工作模式，dds核可通過(guò)幅相轉換器將這些正弦曲線(xiàn)值轉換為頻率、相位或調制成攜帶信息的信號；數字鎖相環(huán)則由一個(gè)數字相頻檢測器（phd）驅動(dòng)一個(gè)具有高速鎖存邏輯電路的電荷泵所組成。它與dds核聯(lián)合使用可擴大頻率合成的范圍。模擬混頻器采用差動(dòng)輸入其輸入級內部采用直流偏差，外部采用交流匹配方式連接，輸出為中頻信號。模擬混頻器主要用于通信基站的設計。

芯片的內部可用資源包括４套頻率轉換字(32位)、一個(gè)相位偏移字(14位)寄存器和一個(gè)控制字寄存器、一個(gè)步進(jìn)頻率轉換字寄存器和一個(gè)16位步進(jìn)頻率斜率字寄存器。

ad9858的突出特點(diǎn)是：當其中一套寄存器處于工作狀態(tài)時(shí)，允許用戶(hù)改變另外三套寄存器的值。

ad9858的操作模式有單邊帶、頻率掃描及全睡眠模式三種。常用模式為單邊帶和頻率掃描模式。

３　ad9858在雷達信號源中的應用

３．１ 雷達系統的工作原理

圖２所示是一般雷達系統的工作原理示意圖。圖中，雷達發(fā)射機產(chǎn)生電磁波后，會(huì )經(jīng)收發(fā)天線(xiàn)輻射入大氣層。電磁波在大氣中以光速傳播，若目標在天線(xiàn)的波束內，則它要截取一定的電磁能并將其向各方向散射。雷達接收到這些散射電磁波后會(huì )以此來(lái)判斷目標的距離和速度等信息。

雷達系統普遍采用的發(fā)射信號大致有以下幾種：?jiǎn)晤l脈沖、線(xiàn)性調頻信號及編碼調制信號。為了增大探測距離，優(yōu)化距離分辨率、速度分辨率等技術(shù)指標，通常還將這幾種波形進(jìn)行組合產(chǎn)生組合波形。如單頻窄脈沖＋線(xiàn)性調頻、單頻窄脈沖＋線(xiàn)性調頻編碼調制信號等。而用高速dds芯片ad9858形成的這些信號具有精度高、掃描率高、抗干擾性好、截獲率低等特性。

３．２ 基于ad9858的雷達信號源的工作流程

由ad9858產(chǎn)生的雷達信號源的原理框圖如圖３所示。該系統在工作時(shí)，控制計算機發(fā)出控制信號以決定系統產(chǎn)生波形的種類(lèi)及參數，并將頻率碼打入高速dsp芯片內部。cpld（可編程邏輯器件）根據操作模式控制信號來(lái)決定所產(chǎn)生波形的周期，并產(chǎn)生周期性的雷達中斷信號（flag為雙向可編程io引腳，可用于中斷信號的接受）以中斷dsp，從而使其向ad9858發(fā)控制字，并產(chǎn)生預期的中頻信號波形。ad9858采用差動(dòng)電流輸出，然后經(jīng)偏壓電阻網(wǎng)絡(luò )形成輸出電壓，再經(jīng)上變頻電路送至微波接口。

相對于adi公司以往的dds芯片而言，ad9858的優(yōu)勢在于其具有四套頻率發(fā)生寄存器及四個(gè)相位調整寄存器，這使得它可以方便快速的產(chǎn)生跳頻信號以及四相碼編碼調制信號，而且其轉換時(shí)間很短。這是因為這四組控制寄存器的選擇是依靠外部選擇信號ps1、ps0來(lái)實(shí)現的，通常這兩根選擇信號連接到dsp的可編程i／o輸出引腳，通過(guò)它們對i／o引腳進(jìn)行操作的時(shí)間遠遠小于對數據總線(xiàn)的操作時(shí)間。下面以四相碼為例簡(jiǎn)要說(shuō)明一下ad9858的控制流程

（１）向ad9858的四個(gè)相位調整寄存器內置入0度、90度、180度及270度；

（２）向ad9858的四個(gè)頻率字控制寄存器內置入編碼調制信號的基率；

（３）控制cpld向ad9858的fud引腳發(fā)出頻率更新信號并產(chǎn)生波形，同時(shí)啟動(dòng)dsp內部定時(shí)器對碼元寬度進(jìn)行計數；

（４） 在dsp中斷服務(wù)程序中發(fā)相位選擇信號，即控制ps1、ps0以進(jìn)行相位選擇。

圖４所示是ad9858的主要控制波形。

采用ad9858產(chǎn)生的四相碼編碼調制信號碼元之間的間隔僅為幾十納秒甚至更低，這是其它dds器件所無(wú)法達到的。

實(shí)際使用證明：用上述技術(shù)設計的基于ad9858的雷達信號源工作平穩，精度高，而且工作帶寬也較大（可穩定工作于300mhz）。

４　結束語(yǔ)

dds芯片ad9858具有頻率轉換時(shí)間短，輸出頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)。采用該芯片所設計的信號源結構簡(jiǎn)單，功能強，抗干擾性?xún)?yōu)越。另外，ad9858也可應用于通信領(lǐng)域，尤其是跳頻通信。因此ad9858具有廣泛的應用前景。