直接数字合成电路在雷达信号设计中的应用

只看该作者 · 2018-8-16 10:38

本帖最后由 Roses 于 2018-8-16 10:40 编辑

直接数字合成电路在雷达信号设计中的应用

   1 引言

   随着科学技术的发展，雷达对信号的要求越来越高。雷达信号必须具有频率捷变、波形参数捷变和自适应跳频的能力。传统的模拟方法只能产生单一的雷达信号，而利用直接数字合成（DDS）是解决这一问题的最好途径。专用DDS电路AD9854可以产生点频、线性调频、FSK、BPSK等各种信号形式，其幅度和相位一致性好，还有电路控制简单、方便灵活、可靠性高等优点。

   2 AD9854 的结构特点

   AD9854主要特点如下：

   （1）工作速度高达300MHz，单电源3.3V供电，最大功耗1.2W（利用节能方式降低），窄带杂散83dB，宽带56dB，宽带杂散随着频率的提高降至48dB。

   （2）包含两个12位高速、高性能D/A转换器和比较器，还有两个48位可编程频率寄存器、两个14位可编程相位寄存器、12位幅度调制器和可编程的波形开关键以及时钟可编程。

   3 基于AD9854 的原理框图

   一般DDS输出频率范围从直流到40％fC,相对带宽很宽，但目前时钟频率fC较低，使DDS直接输出频率上限较低，实际工作频带较窄。为了扩展带宽，提高DDS频率上限，我们常采用倍频、数字上变频、混频等方法。下面主要介绍用DDS加其他合成技术产生宽带雷达信号的两种方案。分别如图1和图2所示。

图1 DDS+倍频扩展频带方案的原理框图

                                                图2 DDS+PLL 扩展频带方案的原理框图

   方案1采用开环系统结构，使得该系统具有很快的频率捷变速度，结构简单，低杂散、低谐波性能容易实现。方案1的相位噪声和杂散性能主要受DDS特性的影响，表现在相位截断误差、幅度量化误差以及DAC非线性引起的误差。方案2除了受DDS特性的影响，还受LF、VCO的影响。方案2采用闭环系统结构，故频率转换时间较长，由于采用了锁相倍频环，具有很高的工作频率、宽的频带及纯的频谱。由于采用了专用DDS电路，故两者都具有频率稳定度高、可编程控制等优点。

   4 AD9854 的软件编程

   AD9854有5种可编程的工作模式，可以在控制寄存器中设置，分别为:

   （ 1） Single- Tone （ Mode 000）；
   （ 2） Unramped FSK （ Mode 001）；
   （ 3） Ramp FSK （ Mode 010）；
   （ 4） Chirp （ Mode 011）；
   （ 5） BPSK （ Mode 100）。
   下面就（4）、（5）两种工作模式的软件编程作一详细介绍。

   4.1 FMChirp 的基本编程步骤
   将1个初始频率f0写进FTW1中（FrequencyTuneWord1,并行寄存器地址04H－09H）,FTW1由FTW1=（期望输出频率×2） /系统时钟确定，其中N为相位累加器分辨率。 Frequency Word,并行寄存器地址10H－15H）。 Rate Clock，并行寄存器地址1AH－1CH）。

   当编程完成后，触发引脚20上的I/O更新脉冲。
例程1：
＊＊＊＊长脉冲纯线性调频＊＊＊＊＊
chirp_100: M0=0x04 ；
f0=16MHz R8=0x14 DM（ M0,I0） =R8 M0=0x1E ；
SYSTEM CLK=40M× 5=
DM（ M0,I0） =R8
M0=0x05
R8=0x80
DM（ M0,I0） =R8
M0=0x1F ; 工作模式 =011
R8=0x86
DM（ M0,I0） =R8
M0=0x1C  ； RAMP CLK=0.1μ s
R8=0x13;
DM（ M0,I0） =R8
M0=0x11  ； Delta Frequency=8kHz
R8=0x01
DM（ M0,I0） =R8
M0=0x12
R8=0xDC;
DM（ M0,I0） =R8
M0=0x13
R8=0xE0  ；
200MHzR8=0x45DM（ M0,I0） =R8M0=0x1F ；
acc2 置 1R8=0xc6DM（ M0,I0） =R8BIT SET ASTAT ASTAT_**2；
产生一个 UPDATE CLKNOP BIT CLR ASTAT ASTAT_**2
Chirp_100_end BIT SET MODE1 IRPTEN RTI NOP NOP

   4.2 BPSK 的基本编程步骤

   将载频f0写进FrequencyTuningWord1。 Adjust Register 1和2中。连接BPSK数据源到引脚29。当编程完成后，触发引脚20上的I/O更新脉冲。
例程2：
＊＊＊＊＊二相码子程序＊＊＊＊＊

bpsk_100: M0=0x04 ;F0=20MHz R8=0x19 DM（ M0,I0） =R8 M0=0x05 R8=0x80 DM（ M0,I0） =R8 M0=0x1E ;SYSTEM CLK=40M× 5=

:200MHzR8=0x45DM（ M0,I0） =R8M0=0x1F ;工作模式 =100

R8=0x08 DM（ M0,I0） =R8 M0=0x1F ;acc2 置 1R8=0xc6 DM（ M0,I0） =R8 M0=0x00 ;初相为 90°R8=0x10 DM（ M0,I0） =R8 M0=0x02 ;初相为 270°R8=0x30 DM（ M0,I0） =R8 BIT SET ASTAT ASTAT_**2

;产生一个 UPDATE CLKNOP BIT CLR ASTAT ASTAT_**2

bpsk_100_end: BIT SET MODE1 IRPTEN RTI

NOP NOP

5 结论

由于采用全数字结构，DDS具有极高的频率分辨率(达Hz、mHz)、极短的频率转换时间(可达ns量级)、输出频率相对带宽很宽、具有任意波形输出能力和程控灵活等特点，是传统的模拟信号产生技术无可比拟的。但DDS是1种新技术,目前输出频率还不高,它的全数字结构，又带来了杂散电平和谐波电平高的缺陷。