在數(shù)字波形產(chǎn)生技術中,由于直接數(shù)字頻率合成(DDS" title="DDS">DDS)技術具有多種優(yōu)點,已在軍事和民用領域得到廣泛應用,通過基于DDS的各種波形產(chǎn)生技術,再結(jié)合控制程序,就可實現(xiàn)任意信號波形的產(chǎn)生。
1 總體設計框圖
由于DDS芯片AD9858的工作頻率可達1 GHz,可輸出450 MHz的信號,因此選擇它來產(chǎn)生雷達信號" title="雷達信號">雷達信號。而要實現(xiàn)雷達信號的快速轉(zhuǎn)換與脈沖的占空比控制,就需要采用速度較快的控制芯片,因單片機C8051F340最高運行速度可達到48 MHz,又采用流水線工作方式,執(zhí)行一條指令只需20 ns,速度可以滿足需求。DDS芯片要輸出信號,必需要2倍于輸出信號的參考信號,這里選用了美國國家半導體公司的LMX2531芯片,它集成了PLL、VCO和超低噪聲和高精度的LDO,輸入40MHz的震蕩信號,通過單片機設置其內(nèi)部的寄存器,便可輸出穩(wěn)定的1 GHz信號作為AD9858的參考信號。
圖1 總體設計框圖
2 信號源硬件電路設計
2.1 控制電路設計
本系統(tǒng)控制芯片采用Silicon公司的C805117340微控制器。它具有高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的微控制器內(nèi)核(可達48 MI·s-1),精確校準的12 MHz內(nèi)部振蕩器和4倍時鐘乘法器,通用串行總線(USB)功能控制器,有8個靈活的端點管道,集成收發(fā)器和1 kB FIFO RAM,64 kB的片內(nèi)Flash存儲器,硬件實現(xiàn)的SMBus/I2C、增強型UART和增強型SPI串行接口4個通用的16位定時器,具有5個捕捉/比較模塊和看門狗定時器功能的可編程" title="可編程">可編程計數(shù)器/定時器陣列(PCA)片內(nèi)上電復位、VDD監(jiān)視器和時鐘丟失檢測器多達40個端口I/O。采用它可以對AD9858芯片及LMX2531相應的設置。
具體的設計與引腳連接如圖2所示。P0.0~P0.4分別接LMX2531的DATA,CLK,LE,CE。P1.2~P1.7接AD9858的控制引腳,P2.0~P3.5接DDS的8位數(shù)據(jù)線和6位地址線。
圖2 中心控制電路
2.2 DDS信號產(chǎn)生單元電路
采用AD8958產(chǎn)生模擬雷達信號,參考時鐘采用1 GHz振蕩信號,由LMX2531提供,接到AD9858的33腳與34腳。圖3所示為AD9858的外圍電路連接圖。采用C8051F340對其內(nèi)部頻率、相位寄存器進行設置,以輸出所需信號。
圖3 DDS信號產(chǎn)生電路
2.3 參考信號產(chǎn)生電路
為了使DDS芯片AD958輸出高頻信號,必須給其高頻率的精準參考時鐘。而LMX2531芯片可以滿足需求。
LMX2531是低供電,高性能頻率合成器,它完整地集成了PLL和VCO電路。同時內(nèi)部集成的低噪聲、高精度的低壓差穩(wěn)壓器LDO,使得系統(tǒng)具有更高的噪聲抑制性能和穩(wěn)定性。當與高質(zhì)量參考晶振配合使用時,可產(chǎn)生穩(wěn)定、低噪聲的本地振蕩信號。LMX2531是單塊集成電路,采用先進的BICMOS制作工藝。LMX2531有幾種不同型號,分別用于不同的頻率段。該芯片采用三線Microwire接口方式使得編程更容易,接口操作電壓低到1.8 V。電源供電范圍2.8~3.2 V。LMX2531為36個引腳(6 mm×6 mm×0.8 mm)無鉛LLP封裝??蓽p小PCB板的尺寸,所以采用它來產(chǎn)生電路的參考時鐘。LMX2531的外圍電路如圖4所示。
圖4 LMX2531的外圍電路
2.4 上位機" title="上位機">上位機控制軟件
本電路通過上位機軟件與單片機通信,靈活控制產(chǎn)生模擬雷達信號的載頻、脈寬、重頻。采用VC6.0軟件設計制作上位機控制軟件,界面如圖5所示。可以產(chǎn)生豐富多樣的雷達信號。例如單載頻脈沖信號、頻率捷變信號、頻率跳變信號、重頻變化信號、脈寬變化信號,還可以產(chǎn)生線性調(diào)頻信號和相位編碼信號。另外,還可以產(chǎn)生模擬的雷達干擾信號,如噪聲調(diào)頻信號和隨機挖空信號。
圖5 信號源控制軟件
通過設置,信號源便可以準確地輸出所需的模擬雷達信號。下面以產(chǎn)生重頻參差信號進行說明。圖6(a)為對輸出信號進行設置產(chǎn)生三重頻參差信號,圖6(b)為產(chǎn)生的重頻參差信號,可看出信號的重頻在步進增大。以圖6(c)為放大的載頻信號,可以看出測得載頻為100 MHz。
圖6 輸出脈寬差分信號
3 結(jié)束語
本設計突出了輸出信號的靈活性,而且電路中芯片均采用貼片封裝,最后制作的電路體積較小,能輸出豐富的模擬雷達信號,又顯示了它強大的功能。經(jīng)過測試表明,該信號源在功能上滿足系統(tǒng)的研究要求,該方案的各項性能指標均較高,從而證實了其可行性和前瞻性,并且在相位噪聲、雜散抑制度、諧波抑制度等方面有較好的表現(xiàn)。