基于AD9858寬帶雷達信號源的設計及應用

　　3 系統組成

　　由AD9858產生的雷達信號源的系統組成框圖如圖3所示。主要由AD9858、單片機MCU和CPLD(可編程邏輯器件)構成，其中AD9858直接從外部引入l GHz信號作為DDS工作時鐘。

　　該系統在工作時，控制計算機通過串口發出控制信號以決定系統產生波形的種類及參數，并將頻率碼打入單片機內部。CPLD的作用是產生DDS系統所需要的全部控制信號，并根據操作模式控制信號來決定所產生波形的周期，從而使其向AD9858發控制字，并產生預期的信號波形。AD9858采用差動電流輸出，然后經偏壓電阻網絡形成輸出電壓，再經上變頻電路送至微波接口。其編程時序如圖4所示，AD9858內部寄存器的值在FUD的上升后被更新。

　　該系統的優點是結構簡單、體積小、易于調試、輸出線性調頻信號相位連續、諧波抑制好。

　　4 信號產生

　　用高速DDS器件AD9858可方便產生寬帶雷達信號，如單頻脈沖、線性調頻信號及編碼調制信號。對AD9858來說，產生單頻信號的方法比較簡單，只要更新頻率調節字寄存器內容并且在控制功能寄存器中設置為單頻模式即可，因此以下主要介紹線性調頻信號及編碼調制信號產生的方法。

　　4.1 線性調頻信號的產生

　　AD9858具有自動頻率掃描功能，由頻率累加器來完成。頻率累加器重復將一個頻率增長值加到當前的頻率值，這樣使DDS產生的頻率隨時間改變。頻率增長值由用戶預先寫入的△頻率調整字(DFTW)來決定，而頻率增長速度則由寫入的△頻率跳變字(DFRRW)來決定，這2個寄存器使得AD9858能從由頻率調整字(FTW)決定的起始頻率開始，以期望的速率和步長向上或者向下線性掃描。圖5展示出了掃頻信號的產生。

　　DFRRW寄存器是一個減數計數器，當計數到零時，頻率更新一次。DFRRW的單位值對應的時間值為SYSCLK/8，若時鐘頻率為l GHz，DFRRW為l，此時頻率更新時間是8 ns，更新速度達到最大值125 MHz。DFTW寄存器用來聲明是向上還是向下掃描：正數向上掃描，負數相反。

　　掃描不能自動停止在所期望的頻率上，用戶必須事先計算出到達期望頻率的時間，然后寫0到DFRRW寄存器中，使AD9858停止掃描，計算掃描時間：

　　式中，T是頻率掃描的時間間隔;fs是起始頻率，計算公式如下：

　　fF是終止頻率。

　　起始頻率存儲在FTW中，這個值在整個掃描過程中不會改變。將控制寄存器中的自動清除頻率累加器位置1，頻率累加器清零，AD9858回到起始頻率開始新一輪掃描。

　　4.2 相位編碼調制信號產生

　　相對于ADI公司以往的DDS而言，AD9858的優勢在于具有4套頻率發生寄存器及4個相位調整寄存器，這使得它可以方便快速產生編碼調制信號，而且其轉換時間很短。這是因為這4組控制寄存器的選擇是依靠外部選擇信號PSl、PS0來實現的，這2根選擇信號連接到CPLD的可編程I/0輸出引腳，通過它們對I/0引腳進行操作的時間遠遠小于對數據總線的操作時間。因此可以方便地產生二相或四相編碼調制信號。下面以四相碼為例簡要說明AD9858產生編碼調制信號的控制流程，其時序如圖6所示。

　　1)向AD9858的4個相位調整寄存器內置入0°、90°、180°及270°;

　　2)向AD9858的4個頻率字控制寄存器內置入編碼調制信號的基率;

　　3)控制CPLD向AD9858的FUD引腳發出頻率更新信號并產生波形，同時啟動MCU內部定時器對碼元寬度進行計數;

　　4)在MCU中斷服務程序中發相位選擇信號，即控制PSI、PS0以進行相位選擇。

　　由以上的測試圖可知：在窄帶(1 MHz)條件下輸出26、65和375 MHz的信號雜散分別為：87，80，78 dBc;在寬帶(500 MHz)條件下輸出26 MHz的信號雜散為64 dBc。

　　通過實際使用情況來看，用AD9858設計的信號源工作平穩，精度高，且工作帶寬也較大(可穩定工作于400 MHz)，各項指標符合使用要求。從測量情況來看，DDS頻率合成器試驗表明，采用AD9858產生的4相碼編碼調制信號碼元之間的間隔僅為幾十ns甚至更低，這是其他DDS器件所無法達到的。

　　5 實驗及測試結果

　　通過以上的討論，構建了寬帶雷達信號產生器，其實物如圖7所示，并對其進行測試。

　　測試時，采用的是點頻模式，這樣方便對其雜散性能指標進行測試，產生的點頻分別為窄帶(1 MHz)26 MHz，65，375 MHz以及寬帶(500 MHz)26 MHz信號。測試的結果分別如圖8窄帶點頻信號及圖9寬帶點頻信號所示。圖8和圖9是利用示波器直接對信號進行測試的結果。

　　由以上的測試圖可知：在窄帶(1 MHz)條件下輸出26、65和375 MHz的信號雜散分別為：87，80，78 dBc;在寬帶(500 MHz)條件下輸出26 MHz的信號雜散為64 dBc。

　　通過實際使用情況來看，用AD9858設計的信號源工作平穩，精度高，且工作帶寬也較大(可穩定工作于400 MHz)，各項指標符合使用要求。從測量情況來看，DDS頻率合成器的頻率純度和穩定度相當高，其在窄帶時無雜散動態范同SFDR優于75 dBc，寬帶無雜散動態范圍SFDR優于55 dB。

　　6 結束語

　　本文介紹了DDS的基本原理及DDS芯片AD9858的結構和功能，對所設計的系統的結構進行了論述，對采用單片機+CPLD的方法控制AD9858實現寬帶雷達信號源進行了詳細說明。實驗結果表明，該系統設計比以往的系統速度要快3倍，但功耗卻不增加，用該系統設計構成的信號源產生的信號精度高，轉換速度快。