DDS器件AD9858及其在雷達信號源中的應(yīng)用

１　引言

近年來，隨著雷達技術(shù)的迅速發(fā)展,人們對雷達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。滿足這種需求除了靠產(chǎn)生復(fù)雜的雷達波形外，還需要在雷達系統(tǒng)中應(yīng)用=高性能的器件。而高性能dds技術(shù)、dsp技術(shù)及大規(guī)模可編程邏輯器件技術(shù)、電子計算機的應(yīng)用為此類問題的解決提供了一種新的途徑。ad9858就是一款高性能的dds器件，可方便快速地產(chǎn)生線性調(diào)頻、單頻脈沖及編碼調(diào)制信號。

２　器件簡介

adi公司推出的ad9858器件是具有1gsps千兆次取樣/秒速率的直接數(shù)字合成器dds、10位d／a轉(zhuǎn)換器、快速頻率跳躍和精細調(diào)諧分辨率功能的單片解決方案。ad9858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、軍事以及航空雷達的設(shè)計當中。和其它的高速dds產(chǎn)品不同，ad9858內(nèi)部集成了dac、相位／頻率檢測器和電荷泵，能滿足設(shè)計者的低相位噪音、低虛假能量、快速頻率轉(zhuǎn)換和寬帶寬線性掃描的要求。ad9858的主要性能指標如下：

●具有1千兆次／秒的采樣速率；

●具高達2ghz的輸入時鐘（可以２分頻）；

●集成有10位d／a轉(zhuǎn)換器；

●內(nèi)含32位可編程頻率寄存器；

●帶有8位并行及spi串行控制接口；

●自動頻率掃描功能；

●內(nèi)帶４套頻率寄存器；

●采用3.3ｖ低電源供電；

●采用100腳epad－tqfp封裝；

●集成有２ghz的混頻器。

ad9858芯片的主要引腳包括數(shù)據(jù)線d7～d０、地址線addr5～addr0、參考時鐘輸入引腳（refclk）、dac輸出（iout）、寄存器組選擇信號（ps0、ps1）、頻率更新引腳（fud）、系統(tǒng)同步時鐘（sysc1k）及復(fù)位信號（ｒｅｓｅｔ）等。

ad9858芯片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１所示，它共分三大塊：dds核、模擬混頻器和數(shù)字鎖相環(huán)。dds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，dds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)則由一個數(shù)字相頻檢測器（phd）驅(qū)動一個具有高速鎖存邏輯電路的電荷泵所組成。它與dds核聯(lián)合使用可擴大頻率合成的范圍。模擬混頻器采用差動輸入其輸入級內(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。模擬混頻器主要用于通信基站的設(shè)計。

芯片的內(nèi)部可用資源包括４套頻率轉(zhuǎn)換字(32位)、一個相位偏移字(14位)寄存器和一個控制字寄存器、一個步進頻率轉(zhuǎn)換字寄存器和一個16位步進頻率斜率字寄存器。

ad9858的突出特點是：當其中一套寄存器處于工作狀態(tài)時，允許用戶改變另外三套寄存器的值。

ad9858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。

３　ad9858在雷達信號源中的應(yīng)用

３．１ 雷達系統(tǒng)的工作原理

圖２所示是一般雷達系統(tǒng)的工作原理示意圖。圖中，雷達發(fā)射機產(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。雷達接收到這些散射電磁波后會以此來判斷目標的距離和速度等信息。

雷達系統(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，通常還將這幾種波形進行組合產(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dds芯片ad9858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。

３．２ 基于ad9858的雷達信號源的工作流程

由ad9858產(chǎn)生的雷達信號源的原理框圖如圖３所示。該系統(tǒng)在工作時，控制計算機發(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dsp芯片內(nèi)部。cpld（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)生周期性的雷達中斷信號（flag為雙向可編程io引腳，可用于中斷信號的接受）以中斷dsp，從而使其向ad9858發(fā)控制字，并產(chǎn)生預(yù)期的中頻信號波形。ad9858采用差動電流輸出，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adi公司以往的dds芯片而言，ad9858的優(yōu)勢在于其具有四套頻率發(fā)生寄存器及四個相位調(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)換時間很短。這是因為這四組控制寄存器的選擇是依靠外部選擇信號ps1、ps0來實現(xiàn)的，通常這兩根選擇信號連接到dsp的可編程i／o輸出引腳，通過它們對i／o引腳進行操作的時間遠遠小于對數(shù)據(jù)總線的操作時間。下面以四相碼為例簡要說明一下ad9858的控制流程

（１）向ad9858的四個相位調(diào)整寄存器內(nèi)置入0度、90度、180度及270度；

（２）向ad9858的四個頻率字控制寄存器內(nèi)置入編碼調(diào)制信號的基率；

（３）控制cpld向ad9858的fud引腳發(fā)出頻率更新信號并產(chǎn)生波形，同時啟動dsp內(nèi)部定時器對碼元寬度進行計數(shù)；

（４） 在dsp中斷服務(wù)程序中發(fā)相位選擇信號，即控制ps1、ps0以進行相位選擇。

圖４所示是ad9858的主要控制波形。

采用ad9858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dds器件所無法達到的。

實際使用證明：用上述技術(shù)設(shè)計的基于ad9858的雷達信號源工作平穩(wěn)，精度高，而且工作帶寬也較大（可穩(wěn)定工作于300mhz）。

４　結(jié)束語

dds芯片ad9858具有頻率轉(zhuǎn)換時間短，輸出頻帶寬的優(yōu)點。采用該芯片所設(shè)計的信號源結(jié)構(gòu)簡單，功能強，抗干擾性優(yōu)越。另外，ad9858也可應(yīng)用于通信領(lǐng)域，尤其是跳頻通信。因此ad9858具有廣泛的應(yīng)用前景。