DDS器件AD9858及其在雷達(dá)信號(hào)源中的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著雷達(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展,人們對(duì)雷達(dá)信號(hào)的要求也越來(lái)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(biāo)。滿足這種需求除了靠產(chǎn)生復(fù)雜的雷達(dá)波形外，還需要在雷達(dá)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)?？删幊踢壿嬈骷夹g(shù)、電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用為此類(lèi)問(wèn)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(hào)。

２　器件簡(jiǎn)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(xì)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(wú)線設(shè)備、軍事以及航空雷達(dá)的設(shè)計(jì)當(dāng)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(cè)器和電荷泵，能滿足設(shè)計(jì)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(biāo)如下：

●具有1千兆次／秒的采樣速率；

●具高達(dá)2GHz的輸入時(shí)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(dòng)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(shí)鐘輸入引腳（REFCLK）、DAC輸出（IOUT）、寄存器組選擇信號(hào)（PS0、PS1）、頻率更新引腳（FUD）、系統(tǒng)同步時(shí)鐘（sysc1k）及復(fù)位信號(hào)（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(guò)設(shè)置不同的工作模式，DDS核可通過(guò)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(hào)；數(shù)字鎖相環(huán)則由一個(gè)數(shù)字相頻檢測(cè)器（PHD）驅(qū)動(dòng)一個(gè)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(kuò)大頻率合成的范圍。模擬混頻器采用差動(dòng)輸入其輸入級(jí)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(hào)。模擬混頻器主要用于通信基站的設(shè)計(jì)。

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

AD9858的突出特點(diǎn)是：當(dāng)其中一套寄存器處于工作狀態(tài)時(shí)，允許用戶(hù)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(dá)信號(hào)源中的應(yīng)用

３．１ 雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理

圖２所示是一般雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理示意圖。圖中，雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁波后，會(huì)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(biāo)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(dá)接收到這些散射電磁波后會(huì)以此來(lái)判斷目標(biāo)的距離和速度等信息。

雷達(dá)系統(tǒng)普遍采用的發(fā)射信號(hào)大致有以下幾種：?jiǎn)晤l脈沖、線性調(diào)頻信號(hào)及編碼調(diào)制信號(hào)。為了增大探測(cè)距離，優(yōu)化距離分辨率、速度分辨率等技術(shù)指標(biāo)，通常還將這幾種波形進(jìn)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(hào)等。而用高速DDS芯片AD9858形成的這些信號(hào)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(dá)信號(hào)源的工作流程

由AD9858產(chǎn)生的雷達(dá)信號(hào)源的原理框圖如圖３所示。該系統(tǒng)在工作時(shí)，控制計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)以決定系統(tǒng)產(chǎn)生波形的種類(lèi)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(hào)來(lái)決定所產(chǎn)生波形的周期，并產(chǎn)生周期性的雷達(dá)中斷信號(hào)（Flag為雙向可編程IO引腳，可用于中斷信號(hào)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(hào)波形。AD9858采用差動(dòng)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(duì)于ADI公司以往的DDS芯片而言，AD9858的優(yōu)勢(shì)在于其具有四套頻率發(fā)生寄存器及四個(gè)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(hào)以及四相碼編碼調(diào)制信號(hào)，而且其轉(zhuǎn)換時(shí)間很短。這是因?yàn)檫@四組控制寄存器的選擇是依靠外部選擇信號(hào)PS1、PS0來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通常這兩根選擇信號(hào)連接到DSP的可編程I／O輸出引腳，通過(guò)它們對(duì)I／O引腳進(jìn)行操作的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì)數(shù)據(jù)總線的操作時(shí)間。下面以四相碼為例簡(jiǎn)要說(shuō)明一下AD9858的控制流程

（１）向AD9858的四個(gè)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(gè)頻率字控制寄存器內(nèi)置入編碼調(diào)制信號(hào)的基率；

（３）控制CPLD向AD9858的FUD引腳發(fā)出頻率更新信號(hào)并產(chǎn)生波形，同時(shí)啟動(dòng)DSP內(nèi)部定時(shí)器對(duì)碼元寬度進(jìn)行計(jì)數(shù)；

（４） 在DSP中斷服務(wù)程序中發(fā)相位選擇信號(hào)，即控制PS1、PS0以進(jìn)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(hào)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(wú)法達(dá)到的。

實(shí)際使用證明：用上述技術(shù)設(shè)計(jì)的基于AD9858的雷達(dá)信號(hào)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(yǔ)

DDS芯片AD9858具有頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短，輸出頻帶寬的優(yōu)點(diǎn)。采用該芯片所設(shè)計(jì)的信號(hào)源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)，抗干擾性?xún)?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。