VXI總線專用中頻信號(hào)源的設(shè)計(jì)

    摘要：介紹了VXI總線C尺寸專用中頻信號(hào)源的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)描述了VXI總線接口電路和用DDS實(shí)現(xiàn)的幅度可控的捷變頻信號(hào)源電路。該模塊已成功應(yīng)用于實(shí)際的VXI總線雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中。

    關(guān)鍵詞：VXI 信號(hào)發(fā)生器 DDS FPGA

ＶＸＩ總線系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)控技術(shù)和接口技術(shù)等多種高新技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)秀平臺(tái)。直接數(shù)字合成技術(shù)（ＤＤＳ）提供傳統(tǒng)頻率合成方法難以實(shí)現(xiàn)的高分辨率、高頻率轉(zhuǎn)換速度及相位的連續(xù)性，這使得ＤＤＳ具有廣泛的應(yīng)用前景。導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭的研制及生產(chǎn)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜和精密的過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引頭自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，研制了ＶＸＩ專用信號(hào)源模塊。這里采用ＶＸＩ總線專用接口芯片ＩＴ９０１０與可靈活配置的ＦＰＧＡ器件設(shè)計(jì)ＶＸＩ總線接口電路，采用ＤＤＳ技術(shù)直接實(shí)現(xiàn)幅度可控的中頻信號(hào)電路。

    一般的雷達(dá)中頻目標(biāo)回波信號(hào)可以簡(jiǎn)單描述為：

ｓ（ｔ）＝∑Ａｎ·ｒｅｃｔ（αｔ－β）ｃｏｓ（２πｆｄｔ＋φ）   （１）

式中，Ａｎ是回波起伏包絡(luò)，ｒｅｃｔ（ｔ）是矩形函數(shù)，α、β是目標(biāo)回波參數(shù)，ｆｄ、φ是回波多普勒頻率及初相。

１ 模塊設(shè)計(jì)

ＶＸＩ專用信號(hào)源，模塊包括ＶＸＩ接口電路和功能電路兩部分，如圖１所示。ＶＸＩ總線接口電路接收０槽控制器的信息。目標(biāo)信息數(shù)據(jù)通過(guò)ＶＸＩ總線下傳到信號(hào)源模塊，通過(guò)時(shí)序控制電路ＩＩ控制ＤＤＳ輸出包含多譜勒信息的中頻信號(hào)，通過(guò)時(shí)序控制電路Ｉ控制ＤＡＣ輸出以控制ＤＤＳ輸出信號(hào)幅度，從而獲得含有目標(biāo)參數(shù)的雷達(dá)和信號(hào)、方位差以及俯仰差中頻信號(hào)三路信號(hào)。

ＶＸＩ總線模塊分為四種器件，寄存器基器件、消息基器件、存儲(chǔ)器基器件和擴(kuò)展基器件。寄存器基器件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低，這里采用ＶＸＩ專用寄存器基器件接口芯片ＩＴ９０１０。它集成了ＶＸＩ總線寄存器基器件所需的功能，配以簡(jiǎn)單輔助電路即可實(shí)現(xiàn)ＶＸＩ總線系統(tǒng)初始化、地址譯碼、中斷控制、時(shí)序控制等功能。ＦＰＧＡ采用ＡＬＴＥＲＡ公司ＥＰ２０Ｋ１００芯片，其靈活的可重新配置特性為設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)接口電路提供了極大的方便，并配合ＩＴ９０１０完成接口初始化等功能。

直接數(shù)字頻率合成技術(shù)是一種先進(jìn)的頻率合成技術(shù)，具有簡(jiǎn)單、靈活的特點(diǎn)。ＤＤＳ輸出頻率ｆ０為：ｆ０＝(K/2N)ｆｃｌｋ

    其中，Ｋ為頻率控制字，Ｎ為ＤＤＳ相位累加器字長(zhǎng)，ｆｃｌｋ為ＤＤＳ時(shí)鐘。ＤＤＳ采用美國(guó)ＡＤ公司的ＡＤ９８５０。ＤＤＳ工作時(shí)鐘頻率為１００ＭＨｚ?熏頻率分辨率大于０．０２３３Ｈｚ，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間約為２７０ｎｓ。信號(hào)發(fā)生電路由ＦＰＧＡ構(gòu)成的時(shí)序控制電路Ｉ與ＡＤ９８５０電路構(gòu)成，頻率控制字由數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生，通過(guò)ＶＸＩ接口傳送到ＤＤＳ，輸出指定頻率的中頻信號(hào)。ＤＤＳ采用串并行工作方式，頻率控制字寫(xiě)入完畢，在更新控制信號(hào)的控制下，輸出新的頻率值信號(hào)。如果相位控制位的數(shù)據(jù)沒(méi)有改變，則輸出頻率的相位是連續(xù)的，這是ＤＤＳ的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)改變ＡＤ９８５０配置腳Ｒｓｅｔ中流過(guò)的電流可以直接控制ＤＤＳ輸出幅度，幅度控制電路由ＦＰＧＡ構(gòu)成的時(shí)序控制電路ＩＩ、ＤＡＣ和ＤＤＳ電路構(gòu)成。幅度控制量由數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生，其符號(hào)表示角誤差信號(hào)相位，通過(guò)控制ＤＤＳ相位控制字來(lái)確定ＤＤＳ輸出信號(hào)移相＋π／２或－π／２；幅度控制量大小與角誤差信號(hào)大小成正比，通過(guò)ＶＸＩ接口由ＤＡＣ電路轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)來(lái)控制ＤＤＳ輸出信號(hào)幅度，從而獲得含有目標(biāo)參數(shù)的和、方位差以及俯仰差三路中頻信號(hào)。幅度控制電路如圖２所示。

圖3 輸出信號(hào)頻譜及相位噪聲圖

２ 測(cè)試結(jié)果

ＶＸＩ信號(hào)源模塊采用４層電路板設(shè)計(jì)，采取了隔離、濾波、屏蔽等電磁兼容措施，取得了比較好的指標(biāo)。用Ａｇｉｌｅｎｔ頻譜儀Ｅ４４４０１對(duì)模塊產(chǎn)生的中頻標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，相位噪聲優(yōu)于－１００ｄＢｃ／Ｈｚ，輸出信號(hào)幅度為－５０ｄＢｍ～１０ｄＢｍ可調(diào)，分辨率為１ｄＢｍ。若外接ＨＰ８４９６Ｂ衰減器，輸出信號(hào)幅度可以達(dá)到－１３０ｄＢｍ。輸出頻譜及相位噪聲如圖３所示。

將電子技術(shù)領(lǐng)域中新的研究成果（如ＤＤＳ、ＦＰＧＡ和ＤＳＰ等技術(shù)）不斷應(yīng)用于儀器系統(tǒng)中，必將簡(jiǎn)化儀器設(shè)計(jì)，提高儀器性能，降低儀器造價(jià)。ＶＸＩ總線儀器有著傳統(tǒng)儀器不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，在自動(dòng)測(cè)試等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文研制的基于ＶＸＩ總線的Ｃ尺寸專用中頻信號(hào)源模塊已成功應(yīng)用于實(shí)際的ＶＸＩ總線雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中。