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

引言

復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)源就是將線性調(diào)頻和相位編碼信號(hào)以及偽隨機(jī)碼進(jìn)行混合調(diào)制，產(chǎn)生線性調(diào)頻相位編碼混合調(diào)制信號(hào)。在早期雷達(dá)信號(hào)源中，由于考慮到器件和技術(shù)的原因，不能夠完全將這幾種信號(hào)混合起來。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)?？删幊踢壿嬈骷夹g(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可對對輸入時(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調(diào)相或相對調(diào)相，這正是ad9858實(shí)現(xiàn)混合調(diào)制的關(guān)鍵。相對于較早前使用的dds器件ad9854，ad9858大大縮短了碼元間的轉(zhuǎn)換時(shí)間。因?yàn)閍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。

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。

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。

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

ad9858集成了dac、pdf和cp，具有頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、輸出頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足對低相位噪聲、低雜散噪聲、快速頻率切換以及寬帶線性掃描的要求，還可以應(yīng)用到跳頻通信中。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。