DDS器件AD9858的原理、特點(diǎn)及在應(yīng)用分析

1、引言

近年來，隨著雷達(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對雷達(dá)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(biāo)?滿足這種需求除了靠產(chǎn)生復(fù)雜的雷達(dá)波形外，還需要在雷達(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用高性能的器件?而高性能DDS技術(shù)?DSP技術(shù)及大規(guī)?？?a target="_blank">編程邏輯器件技術(shù)?電子計算機(jī)的應(yīng)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(chǎn)生線性調(diào)頻?單頻脈沖及編碼調(diào)制信號?

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(shù)字合成器,DDS ?10位D/A轉(zhuǎn)換器?快速頻率跳躍和精細(xì)調(diào)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(shè)備?軍事以及航空雷達(dá)的設(shè)計當(dāng)中?和其它的高速DDS產(chǎn)品不同，AD9858內(nèi)部集成了DAC?相位/頻率檢測器和電荷泵，能滿足設(shè)計者的低相位噪音?低虛假能量?快速頻率轉(zhuǎn)換和寬帶寬線性掃描的要求?AD9858的主要性能指標(biāo)如下：

●具有1千兆次/秒的采樣速率;

●具高達(dá)2GHz的輸入時鐘（可以2分頻）;

●集成有10位D/A轉(zhuǎn)換器;

●內(nèi)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(nèi)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(shù)據(jù)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(tǒng)同步時鐘（sysclk）及復(fù)位信號（RESET）等?

AD9858 芯片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它共分三大塊：DDS核?模擬混頻器和數(shù)字鎖相環(huán)?DDS核可在數(shù)字域產(chǎn)生能夠表示正弦曲線的數(shù)字值?通過設(shè)置不同的工作模式，DDS核可通過幅相轉(zhuǎn)換器將這些正弦曲線值轉(zhuǎn)換為頻率?相位或調(diào)制成攜帶信息的信號;數(shù)字鎖相環(huán)則由一個數(shù)字相頻檢測器（PHD）驅(qū)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(lián)合使用可擴(kuò)大頻率合成的范圍?模擬混頻器采用差動輸入？其輸入級內(nèi)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(shè)計?

芯片的內(nèi)部可用資源包括4套頻率轉(zhuǎn)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(jìn)頻率轉(zhuǎn)換字寄存器和一個16位步進(jìn)頻率斜率字寄存器?

AD9858的突出特點(diǎn)是：當(dāng)其中一套寄存器處于工作狀態(tài)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(dá)信號源中的應(yīng)用

3.1 雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理

圖2所示是一般雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理示意圖?圖中，雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁波后，會經(jīng)收發(fā)天線輻射入大氣層?電磁波在大氣中以光速傳播，若目標(biāo)在天線的波束內(nèi)，則它要截取一定的電磁能并將其向各方向散射?雷達(dá)接收到這些散射電磁波后會以此來判斷目標(biāo)的距離和速度等信息?

雷達(dá)系統(tǒng)普遍采用的發(fā)射信號大致有以下幾種：單頻脈沖?線性調(diào)頻信號及編碼調(diào)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(biāo)，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+線性調(diào)頻?單頻窄脈沖+線性調(diào)頻編碼調(diào)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(dá)信號源的工作流程

由AD9858產(chǎn)生的雷達(dá)信號源的原理框圖如圖3所示?該系統(tǒng)在工作時，控制計算機(jī)發(fā)出控制信號以決定系統(tǒng)產(chǎn)生波形的種類及參數(shù)，并將頻率碼打入高速DSP芯片內(nèi)部?CPLD（可編程邏輯器件）根據(jù)操作模式控制信號來決定所產(chǎn)生波形的周期，并產(chǎn)生周期性的雷達(dá)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(yù)期的中頻信號波形?AD9858采用差動電流輸出，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)生寄存器及四個相位調(diào)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(diào)制信號，而且其轉(zhuǎn)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(xiàn)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(jìn)行操作的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對數(shù)據(jù)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(diào)整寄存器內(nèi)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(nèi)置入編碼調(diào)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，同時啟動DSP內(nèi)部定時器對碼元寬度進(jìn)行計數(shù);

（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(diào)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(dá)到的?

實際使用證明：用上述技術(shù)設(shè)計的基于AD9858的雷達(dá)信號源工作平穩(wěn)，精度高，而且工作帶寬也較大（可穩(wěn)定工作于300MHz）?

4 、結(jié)束語

DDS芯片AD9858具有頻率轉(zhuǎn)換時間短，輸出頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)?采用該芯片所設(shè)計的信號源結(jié)構(gòu)簡單，功能強(qiáng)，抗干擾性優(yōu)越?另外，AD9858也可應(yīng)用于通信領(lǐng)域，尤其是跳頻通信?因此AD9858具有廣泛的應(yīng)用前景?

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