基于PIC單片機控制雷達跳頻系統設計

2 DDS芯片介紹

　　DDS的諸多優點使它得到了非常廣泛的應用。在數字調制方面,它可以用來實現FSK、QPSK、8PSK等調制。在雷達頻率源方面,它可以實現多點、窄步長、高相噪的點頻輸出頻率源以及線性調頻輸出頻率源。在擴頻通信方面,它可實現CDMA工作方式以及多種規律的跳頻模式。

　　現在國外已經有非常成熟的DDS芯片。Qualcomm公司推出了DDS系列Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368,其中Q2368的時鐘頻率為130MHz,分辨率為0.03Hz,雜散控制為-76dBc,變頻時間為0.1μs;美國AD公司也相繼推出了他們的DDS系列:AD9850、AD9851、可以實現線性調頻的AD9852、兩路正交輸出的AD9854以及以DDS為核心的QPSK調制器AD9853、數字上變頻器AD9856和AD9857。AD公司的產品全部內置了D/A變換器,稱為Complete-DDS。其中AD9852時鐘頻率為300MHz,近端雜散抑制優于-80dBc,遠端優于-48dBc,相位噪聲為-148dB10kHzc/Hz@,頻率跳變速度為130ns,頻率分辨率為1μHz。

AD9852主要由48位的頻率寄存器、48位相位累加器、正(余)弦查詢表(帶正交輸出)、幅度調制寄存器、乘法器和12位D/A轉換器構成。

　　AD9852可以實現單頻、FSK、Chirp、FM Chirp、BPSK等多種輸出形式。用其中的Chirp模式和FSK模式可以方便地實現跳頻功能,滿足雷達跳頻系統的要求。使用時只要初始化DDS,設定跳頻持續時間和跳頻間隔時間即可實現自動跳頻。這比以往的DDS芯片如AD9850要方便得多。

　　AD9852的管腳分為三部分:(1)數據及控制端口;(2)電源部分;(3)參考及輸出部分。

　　由于AD9852是目前市場上性價比較高的DDS器件之一，而且AD9852具有線性調頻功能,可以方便實現頻率的跳變。所以在雷達跳頻系統中最終采用了AD9852芯片。下面就該芯片的應用設計做一簡要介紹[2]。

3 頻率合成器的設計

　　要讓AD9852工作,需要按下列流程初始化:

　　(1)數據在WR信號控制下從并行輸入口D0～D1寫入48位并行寄存器,或在SCLK控制下從串行輸入口SDATA寫入48位串行寄存器。

　　(2)對S/P SELECT置1或置0以決定輸入數據是并行還是串行。1為并行,0為串行。

　　(3)AD9852芯片內部不帶帶通濾波器,所以外圍電路中應該按實際工作需要外接帶通濾波器,濾除不需要的頻率分量[1]。

　　利用一片AD9852及簡單的外圍電路實現頻率合成器的結構框圖如圖2所示。

　　根據我在設計過程中的實際經驗,有以下幾個問題需要注意。

3.1 單片機的選擇

　　因為AD9852是3.3V系統,所以必須選擇可以工作在3.3V的單片機。設計之初,忽略了這個問題,選用了普通51系列芯片,因為其輸出電平只能為5V, 高于3.3V,DDS芯片因此被損壞。后打算采用51系列,但因為其在市場上很難買到,所以最終采用了Microchip公司的PIC系列單片機PIC16F874。該單片機可以工作在2.2～5.5V的范圍內[4]。又考慮到設計要求的高速控制,PIC16F874單片機的速度是51系列的3倍,所以PIC16F874單片機滿足設計要求。

3.2 單片機的外圍電路

　　DDS的工作電壓是3.3V,而PIC的掉電復位電壓是4.5V?眼4?演,所以PIC單片機的外圍電路需要使用上電復位模式。

3.3 要避開DDS雜散較大的輸出頻點

　　在實際應用中,還有一些點的雜散信號很大,而且離主頻很近,無法去除。所以應該避免輸出這些頻點。這些頻點為靠近fc/3、fc/4、fc/5、fc/6……的頻點。

3.4 去 耦

　　在一個電子系統中,通常多個器件共用一個電源。而電源線給交流信號提供了一個通路,使得交流信號通過電源線在器件之間傳輸,形成了干擾。所以必須在器件之間和電源到器件之間的電源線上加入濾波部分,濾掉交流干擾,稱為去耦。電源的去耦通常用幾個并聯電容和串聯電感來實現,如圖3所示。