基于A(yíng)D9858寬帶雷達信號源的設計及應用

　　3 系統組成

　　由AD9858產(chǎn)生的雷達信號源的系統組成框圖如圖3所示。主要由AD9858、單片機MCU和CPLD(可編程邏輯器件)構成，其中AD9858直接從外部引入l GHz信號作為DDS工作時(shí)鐘。

　　該系統在工作時(shí)，控制計算機通過(guò)串口發(fā)出控制信號以決定系統產(chǎn)生波形的種類(lèi)及參數，并將頻率碼打入單片機內部。CPLD的作用是產(chǎn)生DDS系統所需要的全部控制信號，并根據操作模式控制信號來(lái)決定所產(chǎn)生波形的周期，從而使其向AD9858發(fā)控制字，并產(chǎn)生預期的信號波形。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。其編程時(shí)序如圖4所示，AD9858內部寄存器的值在FUD的上升后被更新。

　　該系統的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單、體積小、易于調試、輸出線(xiàn)性調頻信號相位連續、諧波抑制好。

　　4 信號產(chǎn)生

　　用高速DDS器件AD9858可方便產(chǎn)生寬帶雷達信號，如單頻脈沖、線(xiàn)性調頻信號及編碼調制信號。對AD9858來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生單頻信號的方法比較簡(jiǎn)單，只要更新頻率調節字寄存器內容并且在控制功能寄存器中設置為單頻模式即可，因此以下主要介紹線(xiàn)性調頻信號及編碼調制信號產(chǎn)生的方法。

　　4.1 線(xiàn)性調頻信號的產(chǎn)生

　　AD9858具有自動(dòng)頻率掃描功能，由頻率累加器來(lái)完成。頻率累加器重復將一個(gè)頻率增長(cháng)值加到當前的頻率值，這樣使DDS產(chǎn)生的頻率隨時(shí)間改變。頻率增長(cháng)值由用戶(hù)預先寫(xiě)入的△頻率調整字(DFTW)來(lái)決定，而頻率增長(cháng)速度則由寫(xiě)入的△頻率跳變字(DFRRW)來(lái)決定，這2個(gè)寄存器使得AD9858能從由頻率調整字(FTW)決定的起始頻率開(kāi)始，以期望的速率和步長(cháng)向上或者向下線(xiàn)性?huà)呙?。圖5展示出了掃頻信號的產(chǎn)生。

　　DFRRW寄存器是一個(gè)減數計數器，當計數到零時(shí)，頻率更新一次。DFRRW的單位值對應的時(shí)間值為SYSCLK/8，若時(shí)鐘頻率為l GHz，DFRRW為l，此時(shí)頻率更新時(shí)間是8 ns，更新速度達到最大值125 MHz。DFTW寄存器用來(lái)聲明是向上還是向下掃描：正數向上掃描，負數相反。

　　掃描不能自動(dòng)停止在所期望的頻率上，用戶(hù)必須事先計算出到達期望頻率的時(shí)間，然后寫(xiě)0到DFRRW寄存器中，使AD9858停止掃描，計算掃描時(shí)間：

　　式中，T是頻率掃描的時(shí)間間隔;fs是起始頻率，計算公式如下：

　　fF是終止頻率。

　　起始頻率存儲在FTW中，這個(gè)值在整個(gè)掃描過(guò)程中不會(huì )改變。將控制寄存器中的自動(dòng)清除頻率累加器位置1，頻率累加器清零，AD9858回到起始頻率開(kāi)始新一輪掃描。

　　4.2 相位編碼調制信號產(chǎn)生

　　相對于A(yíng)DI公司以往的DDS而言，AD9858的優(yōu)勢在于具有4套頻率發(fā)生寄存器及4個(gè)相位調整寄存器，這使得它可以方便快速產(chǎn)生編碼調制信號，而且其轉換時(shí)間很短。這是因為這4組控制寄存器的選擇是依靠外部選擇信號PSl、PS0來(lái)實(shí)現的，這2根選擇信號連接到CPLD的可編程I/0輸出引腳，通過(guò)它們對I/0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。因此可以方便地產(chǎn)生二相或四相編碼調制信號。下面以四相碼為例簡(jiǎn)要說(shuō)明AD9858產(chǎn)生編碼調制信號的控制流程，其時(shí)序如圖6所示。

　　1)向AD9858的4個(gè)相位調整寄存器內置入0°、90°、180°及270°;

　　2)向AD9858的4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)MCU內部定時(shí)器對碼元寬度進(jìn)行計數;

　　4)在MCU中斷服務(wù)程序中發(fā)相位選擇信號，即控制PSI、PS0以進(jìn)行相位選擇。

　　由以上的測試圖可知：在窄帶(1 MHz)條件下輸出26、65和375 MHz的信號雜散分別為：87，80，78 dBc;在寬帶(500 MHz)條件下輸出26 MHz的信號雜散為64 dBc。

　　通過(guò)實(shí)際使用情況來(lái)看，用AD9858設計的信號源工作平穩，精度高，且工作帶寬也較大(可穩定工作于400 MHz)，各項指標符合使用要求。從測量情況來(lái)看，DDS頻率合成器試驗表明，采用AD9858產(chǎn)生的4相碼編碼調制信號碼元之間的間隔僅為幾十ns甚至更低，這是其他DDS器件所無(wú)法達到的。

　　5 實(shí)驗及測試結果

　　通過(guò)以上的討論，構建了寬帶雷達信號產(chǎn)生器，其實(shí)物如圖7所示，并對其進(jìn)行測試。

　　測試時(shí)，采用的是點(diǎn)頻模式，這樣方便對其雜散性能指標進(jìn)行測試，產(chǎn)生的點(diǎn)頻分別為窄帶(1 MHz)26 MHz，65，375 MHz以及寬帶(500 MHz)26 MHz信號。測試的結果分別如圖8窄帶點(diǎn)頻信號及圖9寬帶點(diǎn)頻信號所示。圖8和圖9是利用示波器直接對信號進(jìn)行測試的結果。

　　由以上的測試圖可知：在窄帶(1 MHz)條件下輸出26、65和375 MHz的信號雜散分別為：87，80，78 dBc;在寬帶(500 MHz)條件下輸出26 MHz的信號雜散為64 dBc。

　　通過(guò)實(shí)際使用情況來(lái)看，用AD9858設計的信號源工作平穩，精度高，且工作帶寬也較大(可穩定工作于400 MHz)，各項指標符合使用要求。從測量情況來(lái)看，DDS頻率合成器的頻率純度和穩定度相當高，其在窄帶時(shí)無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范同SFDR優(yōu)于75 dBc，寬帶無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍SFDR優(yōu)于55 dB。

　　6 結束語(yǔ)

　　本文介紹了DDS的基本原理及DDS芯片AD9858的結構和功能，對所設計的系統的結構進(jìn)行了論述，對采用單片機+CPLD的方法控制AD9858實(shí)現寬帶雷達信號源進(jìn)行了詳細說(shuō)明。實(shí)驗結果表明，該系統設計比以往的系統速度要快3倍，但功耗卻不增加，用該系統設計構成的信號源產(chǎn)生的信號精度高，轉換速度快。