基于DDS+PLL的跳頻信號源的設計

航空通信設備包括短波通信、超短波通信設備，短波、超短波通信設備又分為常規(guī)通信方式和跳頻通信方式，跳頻通信因具有抗干擾性強、抗偵測能力好、頻譜利用率高和易于實現碼分多址等優(yōu)點被稱為無線電通信的“殺手锏”。為提高新裝備維護、保障能力，急需研制一種寬頻帶、調速高、抗干擾能力強、可擴展性好的跳頻通信檢測系統。

　　通過分析測試需求，提出了基于“DDS+PLL”來實現跳頻信號源的設計方法，試驗結果表明該信號源具有頻率穩(wěn)定度高、頻率分辨率高、頻率轉換時間短、改變頻率方便等優(yōu)點。

　　1 硬件電路設計

　　航空通信設備是一個快速發(fā)展的領域，通信設備存在著種類繁多、型號復雜的現狀，為達到跳頻測試系統的可靠性、抗干擾性、可移植性，尤其是可擴展性設計要求，在設計信號源時還要綜合考慮不同跳速航空通信設備的測試問題，對于目前跳頻信號源對兩種常用的基于DDS和基于PLL的方案進行對比，基于DDS的跳頻信號源具有頻率分辨率高的優(yōu)點，但是最高工作頻率一般小于100 MHz，不能滿足超短波通信的需要;而基于PLL的跳頻信號源具有工作頻率高的優(yōu)點，但是頻率分辨率卻比較低，這兩種方案都不能滿足跳頻信號源的測試需求，為達到測試要求，通過比較各種方案的優(yōu)缺點。最終選擇這兩種方案的這種，采用基于“DDS+PLL”的方法來實現跳頻信號源設計，跳頻信號源電路原理如圖1所示。

　　跳頻信號源主要由DDS合成器、2個PLL以及控制電路和濾波電路組成。其中DDS合成器與一個PLL形成第1本振信號，另一個PLL得到第2個本振信號。控制電路主要完成合成頻率所需要的控制碼和控制邏輯，濾波電路則濾除一本振和二本振的干擾，提高信號的頻譜純度。

　　1.1 工作原理

　　由主控制器輸入片選信號CS(低電平有效)、模式控制信號MDl～MD4，這些信號通過74HC573得到相應的控制信號，包括波段控制碼、第一本振數據載入、第二本振數據載入以及DDS控制碼。

　　第一本振振蕩器用來提供信道所需要的混頻信號。該部分由DDS和鎖相環(huán)構成，鎖相環(huán)采用MCl45158，其內部由選擇參考分頻比、可編程頻率分頻電路、相位檢測器和數字式分頻器組成，相位檢測器輸出的信號分別為φr，和φv，它們反映已分頻的標準信號和已分頻的VCO頻率之間的相位關系，當2個信號頻率相等時，即本地處于鎖定狀態(tài)，φr和φv都有很窄的負脈沖出現;如果VCO的輸出頻率fv大于參考頻率fr，或者相位超前，φv出現負脈沖;如果VCO頻率小于參考頻率，或者相位滯后，φr輸出負脈沖。當兩者的頻率和相位相同時，φr、φv輸出同為高電平，這時環(huán)路達到穩(wěn)定，也稱環(huán)路的鎖定狀態(tài)，φr、φv與fr、fv之間的關系如圖2所示。

　　1.2 跳頻控制碼

　　跳頻碼信號是控制通信設備工作頻率的信號，某通信設備在100～400MHz頻率范圍內工作，而在跳頻方式下工作時，某一時刻只能工作在某一工作頻道上，頻率碼就是控制通信設備工作頻道的信號。不同的頻道需要通信設備內部的頻率合成器提供不同的頻率，要想完成對通信設備跳頻性能的檢測，就需要產生相應的頻率控制碼。在本設計中，頻率合成采用了“DDS+PLL”為核心來實現跳頻信號源的設計，鎖相環(huán)采用MCl45158，DDS采用AD9850，根據鎖相環(huán)輸出頻率的關系，可以得出一本振輸出頻率f1

　　式中，R1、N1、A1為分頻系數，通過三線串行碼來實現頻率碼的改變;fDDS_O為DDS的輸出頻率，fDDS_i為DDS晶振振蕩頻率。該頻率控制通信設備的工作頻率實際上就是控制通信設備內部的頻率合成器輸出相應的頻率。

　　二本振信號的產生和一本振有所不同，它的產生主要由MCl45158鎖相環(huán)實現，其參考頻率和DDS的參考頻率相同，這樣保證了整個頻率合成器頻率穩(wěn)定度，由于鎖相環(huán)采用與鎖相環(huán)路I的鎖相環(huán)相同，因此當環(huán)路達到穩(wěn)定時，第二本振輸出頻率為：

　　式中，N2、R2、A2為鎖相環(huán)路Ⅱ的分頻系數，fDDS_i是DDS的晶體振蕩器的頻率。

　　一本振和二本振輸出的高頻信號經過混頻后得到某一時刻跳頻信號的輸出，該信號經過射頻信號調理電路處理后輸出到待測設備，實現待測設備所需要的激勵信號。

　　2 軟件設計

　　如果說基于“DDS+PLL”硬件實現方式是跳頻信號源的“骨架”，那跳頻信號源的“血肉”就是軟件;只有在軟件的配合下才有可能把跳頻信號源的作用發(fā)揮到最大。軟件系統采用模塊化編程，包括主程序、系統控制模塊、數據處理模塊以及通信模塊。以系統控制模塊中頻率合成流程圖為例簡要說明軟件流程，如圖3所示。