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1 引言 近年來,隨著雷達技術的迅速發展,人們對雷達信號的要求也越來越高｡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｡滿足這種需求除了靠產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､DSP技術及大規模可編程邏輯器件技術､電子計算機的應用為此類問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,可方便快速地產生線性調頻､單頻脈沖及編碼調制信號｡ 圖1 AD9858的系統結構圖 2 器件簡介 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,因而適合用在無線設備､軍事以及航空雷達的設計當中｡和其它的高速DDS產品不同,AD9858內部集成了DAC､相位/頻率檢測器和電荷泵,能滿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性掃描的要求｡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D7~D0､地址線ADDR5~ADDR0､參考時鐘輸入引腳(REFCLK)､DAC輸出(IOUT)､寄存器組選擇信號(PS0､PS1)､頻率更新引腳(FUD)､系統同步時鐘(sysclk)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｡DDS核可在數字域產生能夠表示正弦曲線的數字值｡通過設置不同的工作模式,DDS核可通過幅相轉換器將這些正弦曲線值轉換為頻率､相位或調制成攜帶信息的信號;數字鎖相環則由一個數字相頻檢測器(PHD)驅動一個具有高速鎖存邏輯電路的電荷泵所組成｡它與DDS核聯合使用可擴大頻率合成的范圍｡模擬混頻器采用差動輸入?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)､一個相位偏移字(14位)寄存器和一個控制字寄存器､一個步進頻率轉換字寄存器和一個16位步進頻率斜率字寄存器｡ AD9858的突出特點是:當其中一套寄存器處于工作狀態時,允許用戶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,雷達發射機產生電磁波后,會經收發天線輻射入大氣層｡電磁波在大氣中以光速傳播,若目標在天線的波束內,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以此來判斷目標的距離和速度等信息｡ 雷達系統普遍采用的發射信號大致有以下幾種:單頻脈沖､線性調頻信號及編碼調制信號｡為了增大探測距離,優化距離分辨率､速度分辨率等技術指標,通常還將這幾種波形進行組合產生組合波形｡如單頻窄脈沖+線性調頻､單頻窄脈沖+線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產生的雷達信號源的原理框圖如圖3所示｡該系統在工作時,控制計算機發出控制信號以決定系統產生波形的種類及參數,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決定所產生波形的周期,并產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發控制字,并產生預期的中頻信號波形｡AD9858采用差動電流輸出,然后經偏壓電阻網絡形成輸出電壓,再經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的優勢在于其具有四套頻率發生寄存器及四個相位調整寄存器,這使得它可以方便快速的產生跳頻信號以及四相碼編碼調制信號,而且其轉換時間很短｡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來實現的,通常這兩根選擇信號連接到DSP的可編程I/O輸出引腳,通過它們對I/O引腳進行操作的時間遠遠小于對數據總線的操作時間｡下面以四相碼為例簡要說明一下AD9858的控制流程 (1)向AD9858的四個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引腳發出頻率更新信號并產生波形,同時啟動DSP內部定時器對碼元寬度進行計數; (4) 在DSP中斷服務程序中發相位選擇信號,即控制PS1､PS0以進行相位選擇｡ 圖4所示是AD9858的主要控制波形｡ 采用AD9858產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器件所無法達到的｡ 實際使用證明:用上述技術設計的基于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 DDS芯片AD9858具有頻率轉換時間短,輸出頻帶寬的優點｡采用該芯片所設計的信號源結構簡單,功能強,抗干擾性優越｡另外,AD9858也可應用于通信領域,尤其是跳頻通信｡因此AD9858具有廣泛的應用前景｡ |
