DDS器件AD9858實(shí)現(xiàn)復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)源 - 全文

　　摘 要：本文簡要介紹DDS器件AD9858的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基本原理,以及使用AD9858實(shí)現(xiàn)復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)源的原理和方法,并以AD9858產(chǎn)生二相碼為例,說明了AD9858的基本特點(diǎn)和使用中應(yīng)該注意的一些問題。

　　關(guān)鍵詞：復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)源;二相碼;DDS;AD9858

　　引言

　　20世紀(jì)70年代以來,隨著數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了DDS(直接數(shù)字式頻率合成)技術(shù),它從相位的概念出發(fā)進(jìn)行頻率合成,采用了數(shù)字采樣存儲(chǔ)技術(shù),具有相位精確、頻率分辨率高、轉(zhuǎn)換時(shí)間短等突出的優(yōu)點(diǎn)。高性能DDS技術(shù)結(jié)合DSP技術(shù)、大規(guī)?？?a target="_blank">編程邏輯器件技術(shù)使得實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻相位編碼混合信號(hào)成為可能。

　　AD9858簡介

　　---AD9858的10位數(shù)摸轉(zhuǎn)換器可工作到1GSPS,可產(chǎn)生400MHz的頻率捷變模擬輸出正弦波,具有快速調(diào)頻和細(xì)微的頻率分辨率(32位頻率分辨率)。內(nèi)部有集成的電荷泵(CP)和相頻檢測器(PFD),可以將高速DDS和鎖相環(huán)(PLL)結(jié)合使用。片內(nèi)模擬混頻器又可使DDS、PLL和混頻器結(jié)合使用。AD9858可對(duì)對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行二分頻,這樣外部輸入時(shí)鐘可以高達(dá)2GHz。

　　---AD9858有三種工作模式：單音頻、頻率掃描和全睡眠模式,在任何一種模式下射頻模塊(PFD、CP、混頻器)可以使用或不使用,可以處于活動(dòng)或低功耗狀態(tài)。單音頻模式下,AD9858產(chǎn)生由內(nèi)部寄存器FRW控制的單頻輸出信號(hào)。頻率可以任意改變,頻率跳變的速度與刷新相應(yīng)寄存器的速度有關(guān)。假如想得到快速跳頻,可以通過外部引腳來選擇4個(gè)存儲(chǔ)在寄存器中的頻率值來實(shí)現(xiàn)。頻率掃描模式可以自動(dòng)完成頻率掃描工作,產(chǎn)生線性調(diào)頻或?qū)崿F(xiàn)其他頻率掃描應(yīng)用,而且不受I/O口對(duì)多寄存器操作時(shí)的速度限制。AD9858有并行和串行兩種編程模式,有4個(gè)相互獨(dú)立的工作組(profile 0～3),每個(gè)工作組由32位的頻率調(diào)制字(FTWx)和4個(gè)14位的相位補(bǔ)償字(POWx)組成,4個(gè)工作組之間由外部引腳PS0和PS1進(jìn)行切換,其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

　　---無論AD9858工作于哪種工作模式,分別設(shè)定Profile工作組的FTWx和POWx,通過改變PS1和PS0的值,就可以同時(shí)改變信號(hào)的頻率和相位,而且相位的改變可以是絕對(duì)調(diào)相或相對(duì)調(diào)相,這正是AD9858實(shí)現(xiàn)混合調(diào)制的關(guān)鍵。相對(duì)于較早前使用的DDS器件AD9854,AD9858大大縮短了碼元間的轉(zhuǎn)換時(shí)間。因?yàn)锳D9854僅有一個(gè)相位補(bǔ)償器(POW),這使得AD9854只有通過外部更新信號(hào)來改變相位補(bǔ)償器的內(nèi)容,以實(shí)現(xiàn)相位調(diào)制,所以AD9854碼元轉(zhuǎn)換時(shí)間較長。

　　---參數(shù)寫入AD9858的寄存器后,只需產(chǎn)生PS0和PS1的控制時(shí)序就可以產(chǎn)生相應(yīng)的二相碼。例如用AD9858產(chǎn)生二相碼時(shí),首先通過并行模式或串行模式把頻率和相位參數(shù)寫入相應(yīng)的FTWx和POWx,4個(gè)工作組中每2個(gè)工作組中的參數(shù)相同。這樣通過選擇PS0和PS1就可以輸出二相碼。

　　---值得注意的是,這里使用了4個(gè)工作組,其中2個(gè)工作組中的POW為0,另外2個(gè)工作組中的POW為π。當(dāng)相鄰的兩個(gè)子碼的相位相同時(shí),可以將輸出改為參數(shù)相同的另一個(gè)工作組進(jìn)行輸出,這樣可以保證相位的準(zhǔn)確性。如果只使用2個(gè)工作組來輸出二相碼,就需要用到外部更新信號(hào)FUD,通過外部控制器(如ADSP21065L)重新更新AD9858寄存器的內(nèi)容,來保證相位的準(zhǔn)確,這樣不但增加了碼元的轉(zhuǎn)換時(shí)間,而且控制也會(huì)變得復(fù)雜。

　　硬件電路設(shè)計(jì)

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　　---線性調(diào)頻相位編碼混合調(diào)制信號(hào)源系統(tǒng)的框圖如圖1所示,主要由AD9858、DSP處理器ADSP21065L和CPLD構(gòu)成。

　　---CPLD的作用是產(chǎn)生整個(gè)DDS系統(tǒng)需要的全部同步控制信號(hào),接受主機(jī)提供的控制信號(hào)和波形參數(shù)選擇信號(hào),產(chǎn)生相應(yīng)的ADSP21065L中斷信號(hào)。ADSP21065L根據(jù)中斷信號(hào)來確定雷達(dá)工作波形,產(chǎn)生相應(yīng)工作參數(shù),然后對(duì)AD9858進(jìn)行相應(yīng)的初始化和置數(shù)。CPLD還將波形參數(shù)、工作模式等信息通過I/O端口發(fā)送給雷達(dá)發(fā)射機(jī)、信號(hào)處理機(jī)等相應(yīng)的其他處理單元。用CPLD來控制AD9858具有工作波形穩(wěn)定、時(shí)序容易控制、精度高和后期調(diào)試簡單的優(yōu)點(diǎn)。AD9858是信號(hào)源的核心,在接收ADSP21065L的參數(shù)后,確定相應(yīng)的工作狀態(tài),等待CPLD產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào),輸出相應(yīng)的波形。AD9858輸出的信號(hào)經(jīng)過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)后,輸出混合調(diào)制信號(hào)。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論

　　---在實(shí)際產(chǎn)生二相碼的時(shí)候,由于通過外部引腳PS0和PS1的變化來改變二相碼的子碼轉(zhuǎn)換,這個(gè)過程中不可避免地會(huì)使子碼與子碼之間有一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間,轉(zhuǎn)換時(shí)間主要取決于AD9858的外部更新信號(hào)FUD。子碼轉(zhuǎn)換如圖2所示,系統(tǒng)為40MHz時(shí),子碼1頻率為2MHz、初相為0°,子碼2頻率為1MHz、相位為180°,圖3是圖2的局部放大示圖。

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　　---由圖可見,子碼1到子碼2的碼元轉(zhuǎn)換時(shí)間約200ns,基本等于AD9858的FUD時(shí)間。如果將系統(tǒng)時(shí)鐘提高到400～500MHz時(shí),FUD的時(shí)間可以縮短到20ns以下。因此,可以通過提高系統(tǒng)時(shí)鐘頻率來減小子碼間的轉(zhuǎn)換時(shí)間。

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　　---圖4是時(shí)鐘為100MHz時(shí)的二相碼調(diào)制波形。其中PS0為0時(shí),是初相位為0°的余弦輸出;PS0為1時(shí),是初相位為180°的余弦輸出。從圖中可以看出,碼間轉(zhuǎn)換時(shí)間小于100ns。因此,提高時(shí)鐘工作頻率可以進(jìn)一步縮短碼間的轉(zhuǎn)換時(shí)間。實(shí)際使用表明,基于AD9858的雷達(dá)信號(hào)源工作平穩(wěn),精度高,而且工作帶寬也較大,可穩(wěn)定工作于500MHz。

　　結(jié)束語

　　---采用該芯片設(shè)計(jì)的信號(hào)源結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、抗干擾性優(yōu)越,具有良好的性價(jià)比。