基于AD9854的高品質LFM設計

2 LFM方案設計
2．1 硬件組成
利用AD9854直接頻率合成器與正交調制器、可編程器件和其他匹配電路構成一個通用的信號產生平臺，通過改變可編程器件設計，可以產生不同的信號形式，其組成如圖2所示。

2．2 產生線性調頻信號CPLD設計
CPLD設計要求：上電后根據控制碼設置DDS內部寄存器，并由主觸發信號的上升沿和下降沿產生兩個更新時鐘，在兩個更新時鐘之間置寄存器1F(H)的D6(CLR ACC2)位為高電平，在兩個更新時鐘之外置寄存器1F(H)的D6(CLR ACC2)位為低電平，DDS工作時序如圖3所示，其輸出對應脈沖線性調頻信號。圖4給出CPLD設計的仿真結果。

2．3 其他設計
由于正交調制器對鏡像和本振泄漏抑制較大，所以波形產生的上混頻采用正交調制技術。但是DDS的固有結構使得DDS產生的I／Q信號，當LFM脈沖休止期，Q路信號輸出為一直流最大值，此時正交調制輸出會有強的本振泄漏，所以工程上要求輸出無直流。Q路的輸出直流可以通過一個專門12位寄存器進行控制。在工程設計時，運用此功能實現了對Q路輸出直流的控制，但是導致Q路與I路有一定的時延，在一定程度上減小了本振泄漏，但鏡像抑制受到影響。此次設計中為了改善這種缺陷，采取了新的方法，即I，Q兩路信號經變壓器耦合去掉直流，并根據正交調制器的要求進行直流偏值和最佳電平的設計。調制后的信號經過窄帶帶通濾波器對鏡像和本振泄漏可獲得更好的抑制。同時利用了正交調制器的開關功能，抑制工作時段外的本振泄漏及噪聲電平，實現了脈沖休止期無雜散輸出。
2．4 注意事項
DDS參考時鐘一般都是由頻合器直接提供的單端信號，最好用巴倫或單端轉差分IC將其變成差分信號，這樣可以在印制板布線時布成差分線即可，否則300 MHz的頻率已進入微波頻段，如使用單端信號印制線，需按微帶線或帶狀線設計，增加印制板的設計難度和制造成本。設計不良的電源退耦會影響DDS輸出信號質量。為了充分發揮AD9854的性能，以獲得更好的效果，PCB應該采用多層板，而且電源和地應該分別作為獨立層來處理。電源必須使用適當的去耦技術，在電源的輸入端使用一個高質量的鉭電容，通過大面積、低阻抗的接地面進行去耦，將低頻噪聲旁路，同時使用小的鐵氧體磁珠可以減少電路其他部分的高頻噪聲。在器件的電源管腳和地管腳之間就近使用表面貼裝的片狀陶瓷電容進行濾波，因為這種電容的寄生電感很小。
在AD9854的55管腳與模擬電源之間串聯一個0．01μF，可以提高無雜散動態范圍。輸出電流可以設計在5～20 mA范圍內，當輸出電流為10 mA時，可以獲得最好的無雜散動態范圍。設計時，可通過調節負載獲得不同幅度，但峰值不能超過1 V。AD9854工作時發熱較大，應在芯片底部設有整塊散熱銅箔，并通過多個過孔與印制板的底層(接地層)銅箔相連，以加強導熱能力，最好在其頂部粘結散熱器。

3 試驗結果
目前，已研制出該波形產生器，其體積為140 mm×60 mm×20 mm，輸出頻率為L波段，本振抑制小于等于-60 dBc，鏡像抑制小于等于-65 dBc，當重復頻率為3 kHz時，譜線間相噪小于-90 dBc／Hz，脈沖休止期無雜散。從測試結果可以看出，該波形產生綜合指標較好。該波形產生器在某部新一代高精度雷達系統中應用，效果良好。
AD9854是AD公司生產的直接頻率合成器，AD8349是AD公司生產的正交調制器。實驗結果表明，利用AD9854和AD8349產生的線性調頻信號性能優良，能夠滿足高精度雷達系統的指標要求。

4 結 語
該方案采用的DDS能夠產生兩路正交的寬帶差分信號，相位誤差最大為1°。由于信號經過濾波器和變壓器與正交調制器相連接，使得輸入正交調制器的寬帶差分信號IB，IP，QB，QP，其正交性、幅度一致性都很難控制。為此，可以在方案設計時采用兩片DDS，分別產生I，Q兩路信號，以分別控制輸出幅度和相位，從而獲得更好的載頻抑制和鏡像抑制。