DDS器件AD9858及其在雷達(dá)信號源中的應(yīng)用

1、DDS器件AD9858及其在雷達(dá)信號源中的應(yīng)用摘要：介紹了美國模擬器件公司的高性能直接數(shù)字頻率合成器（DDS）AD9859的主要性能，給出了其內(nèi)部功能模塊及工作波形圖，同時(shí)給出了AD9858在雷達(dá)信號源設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法。關(guān)鍵詞：DDS；相位調(diào)整；頻率字控制；四相碼編碼調(diào)制引言近年來，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。而高性能技術(shù)、技術(shù)及大規(guī)模可編程邏輯器件技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用為此類問題的解決提供了一種新的途徑。就是一款高性能的器件，可方便

2、快速地產(chǎn)生線性調(diào)頻、單頻脈沖及編碼調(diào)制信號。圖1 AD9858的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖器件簡介公司推出的器件是具有 千兆次取樣秒速率的直接數(shù)字合成器 、位轉(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。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(jì)當(dāng)中。和其它的高速產(chǎn)品不同，內(nèi)部集成了、相位頻率檢測器和電荷泵，能滿足設(shè)計(jì)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。的主要性能指標(biāo)如下：具有千兆次秒的采樣速率；具高達(dá)的輸入時(shí)鐘（可以分頻）；集成有位轉(zhuǎn)換器；內(nèi)含位可編程頻率寄存器帶有位并行及串行控制接口；自動(dòng)頻率掃描功能；內(nèi)帶套頻率寄存器；采用低

3、電源供電；采用腳封裝；集成有的混頻器。芯片的主要引腳包括數(shù)據(jù)線、地址線、參考時(shí)鐘輸入引腳（）、輸出（）、寄存器組選擇信號（、）、頻率更新引腳（）、系統(tǒng)同步時(shí)鐘（）及復(fù)位信號（）等。芯片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，它共分三大塊：核、模擬混頻器和數(shù)字鎖相環(huán)。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，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(gè)數(shù)字相頻檢測器（）驅(qū)動(dòng)一個(gè)具有高速鎖存邏輯電路的電荷泵所組成。它與核聯(lián)合使用可擴(kuò)大頻率合成的范圍。模擬混頻器采用差動(dòng)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

4、頻器主要用于通信基站的設(shè)計(jì)。芯片的內(nèi)部可用資源包括套頻率轉(zhuǎn)換字（位）、一個(gè)相位偏移字（位）寄存器和一個(gè)控制字寄存器、一個(gè)步進(jìn)頻率轉(zhuǎn)換字寄存器和一個(gè)位步進(jìn)頻率斜率字寄存器。的突出特點(diǎn)是：當(dāng)其中一套寄存器處于工作狀態(tài)時(shí)，允許用戶改變另外三套寄存器的值。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。在雷達(dá)信號源中的應(yīng)用雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理圖所示是一般雷達(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

5、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。而用高速芯片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。基于的雷達(dá)信號源的工作流程由產(chǎn)生的雷達(dá)信號源的原理框圖如圖所示。該系統(tǒng)在工作時(shí)，控制計(jì)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芯片內(nèi)部。（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（為雙向可編程引腳，可用于中斷信

6、號的接受）以中斷，從而使其向發(fā)控制字，并產(chǎn)生預(yù)期的中頻信號波形。采用差動(dòng)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。相對于公司以往的芯片而言，的優(yōu)勢在于其具有四套頻率發(fā)生寄存器及四個(gè)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(shí)間很短。這是因?yàn)檫@四組控制寄存器的選擇是依靠外部選擇信號、來實(shí)現(xiàn)的，通常這兩根選擇信號連接到的可編程輸出引腳，通過它們對引腳進(jìn)行操作的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對數(shù)據(jù)總線的操作時(shí)間。下面以四相碼為例簡要說明一下的控制流程（）向的四個(gè)相位調(diào)整寄存器內(nèi)置入度、度、度及度；（）向的四個(gè)頻率字控制寄存器內(nèi)置入編碼調(diào)制信號的基率；（）控制向的引腳發(fā)出頻率更新信號并產(chǎn)生波形，同時(shí)啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)器對碼元寬度進(jìn)行計(jì)數(shù)；（）在中斷服務(wù)程序中發(fā)相位選擇信號，即控制、以進(jìn)行相位選擇。圖所示是的主要控制波形。采用產(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，這是其它器件所無法達(dá)到的。實(shí)際使用證明：用上述技術(shù)設(shè)計(jì)的基于的雷達(dá)信號源工作平穩(wěn)，精度高，而