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DDS器件AD9858及其在雷達信號源中的應用
摘要：介紹了美國模擬器件公司的高性能直接數字頻率合成器（DDS）AD9859的主要性能，給出了其內部功能模塊及工作波形圖，同時給出了AD9858在雷達信號源設計中的應用方法。關鍵詞：DDS；相位調整；頻率字控制；四相碼編碼調制
１ 引言
近年來，隨著雷達技術的迅速發展，人們對雷達信號的要求也越來越高。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。滿足這種需求除了靠產生復雜的雷達波形外，還需要在雷達系統中應用高性能的器件。而高性能ＤＤＳ技術、ＤＳＰ技術及大規模可編程邏輯器件技術、電子計算機的應用為此類問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，可方便快速地產生線性調頻、單頻脈沖及編碼調制信號。
圖1 AD9858的系統結構圖
２ 器件簡介
ＡＤＩ公司推出的ＡＤ９８５８器件是具有１ＧＳＰＳ?千兆次取樣／秒?速率的直接數字合成器?ＤＤＳ?、１０位Ｄ／Ａ轉換器、快速頻率跳躍和精細調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，因而適合用在無線設備、軍事以及航空雷達的設計當中。和其它的高速ＤＤＳ產品不同，ＡＤ９８５８內部集成了ＤＡＣ、相位／頻率檢測器和電荷泵，能滿足設計者的低相位噪音、低虛假能量、快速頻率轉換和寬帶寬線性掃描的要求。ＡＤ９８５８的主要性能指標如下：
●具有１千兆次／秒的采樣速率；
●具高達２ＧＨｚ的輸入時鐘（可以２分頻）；
●集成有１０位Ｄ／Ａ轉換器；
●內含３２位可編程頻率寄存器?
●帶有８位并行及ＳＰＩ串行控制接口；
●自動頻率掃描功能；(范文先生網www.ycxgx.cn收集整理)
●內帶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據線Ｄ７～Ｄ０、地址線ＡＤＤＲ５～ＡＤＤＲ０、參考時鐘輸入引腳（ＲＥＦＣＬＫ）、ＤＡＣ輸出（ＩＯＵＴ）、寄存器組選擇信號（ＰＳ０、ＰＳ１）、頻率更新引腳（ＦＵＤ）、系統同步時鐘（ｓｙｓｃｌｋ）及復位信號（ＲＥＳＥＴ）等。
ＡＤ９８５８ 芯片的系統結構如圖１所示，它共分三大塊：ＤＤＳ核、模擬混頻器和數字鎖相環。ＤＤＳ核可在數字域產生能夠表示正弦曲線的數字值。通過設置不同的工作模式，ＤＤＳ核可通過幅相轉換器將這些正弦曲線值轉換為頻率、相位或調制成攜帶信息的信號；數字鎖相環則由一個數字相頻檢測器（ＰＨＤ）驅動一個具有高速鎖存邏輯電路的電荷泵所組成。它與ＤＤＳ核聯合使用可擴大頻率合成的范圍。模擬混頻器采用差動輸入?其輸入級內部采用直流偏差，外部采用交流匹配方式連接，輸出為中頻信號。模擬混頻器主要用于通信基站的設計。
芯片的內部可用資源包括４套頻率轉換字（３２位）、一個相位偏移字（１４位）寄存器和一個控制字寄存器、一個步進頻率轉換字寄存器和一個１６位步進頻率斜率字寄存器。
ＡＤ９８５８的突出特點是：當其中一套寄存器處于工作狀態時，允許用戶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�。粒模梗福担冈诶走_信號源中的應用
３．１ 雷達系統的工作原理
圖２所示是一般雷達系統的工作原理示意圖。圖中，雷達發射機產生電磁波后，會經收發天線輻射入大氣層。電磁波在大氣中以光速傳播，若目標在天線的波束內，則它要截取一定的電磁能并將其向各方向散射。雷達接收到這些散射電磁波后會以此來判斷目標的距離和速度等信息。
雷達系統普遍采用的發射信號大致有以下幾種：單頻脈沖、線性調頻信號及編碼調制信號。為了增大探測距離，優化距離分辨率、速度分辨率等技術指標，通常還將這幾種波形進行組合產生組合波形。如單頻窄脈沖＋線性調頻、單頻窄脈沖＋線性調頻編碼調制信號等。而用高速ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５８形成的這些信號具有精度高、掃描率高、抗干擾性好、截獲率低等特性。
３．２ 基于ＡＤ９８５８的雷達信號源的工作流程
由ＡＤ９８５８產生的雷達信號源的原理框圖如圖３所示。該系統在工作時，控制計算機發出控制信號以決定系統產生波形的種類及參數，并將頻率碼打入高速ＤＳＰ芯片內部。ＣＰＬＤ（可編程邏輯器件）根據操作模式控制信號來決定所產生波形的周期，并產生周期性的雷達中斷信號（Ｆｌａｇ為雙向可編程ＩＯ引腳，可用于中斷信號的接受）以中斷ＤＳＰ，從而使其向ＡＤ９８５８發控制字，并產生預期的中頻信號波形。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。
相對于ＡＤＩ公司以往的ＤＤＳ芯片而言，ＡＤ９８５８的優勢在于其具有四套頻率發生寄存器及四個相位調整寄存器，這使得它可以方便快速的產生跳頻信號以及四相碼編碼調制信號，而且其轉換時間很短。這是因為這四組控制寄存器的選擇是依靠外部選擇信號ＰＳ１、ＰＳ０來實現的，通常這兩根選擇信號連接到ＤＳＰ的可編程Ｉ／Ｏ輸出引腳，通過它們對Ｉ／Ｏ引腳進行操作的時間遠遠小于對數據總線的操作時間。下面以四相碼為例簡要說明一下ＡＤ９８５８的控制流程?
（１）向ＡＤ９８５８的四個相位調整寄存器內置入０度、９０度、１８０度及２７０度；
（２）向ＡＤ９８５８的四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ＤＳＰ內部定時器對碼元寬度進行計數；
（４） 在ＤＳＰ中斷服務程序中發相位選擇信號，即控制ＰＳ１、ＰＳ０以進行相位選擇。
圖４所示是ＡＤ９８５８的主要控制波形。
采用ＡＤ９８５８產生的四相碼編碼調制信號碼元之間的間隔僅為幾十納秒甚至更低，這是其它ＤＤＳ器件所無法達到的。
實際使用證明：用上述技術設計的基于ＡＤ９８５８的雷達信號源工作平穩，精度高，而且工作帶寬也較大（可穩定工作于３００ＭＨｚ）。
４ 結束語
ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５８具有頻率轉換時間短，輸出頻帶寬的優點。采用該芯片所設計的信號源結構簡單，功能強，抗干擾性優越。另外，ＡＤ９８５８也可應用于通信領域，尤其是跳頻通信。因此?ＡＤ９８５８具有廣泛的應用前景。
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