基于AD9858宽带线性调频源设计
摘 要,作为高性能DDS单片集成电路,AD9858可方便快速地产生线性调频、单频脉冲信号。现代雷达技术的发展对信号源的性能提出了更高的要求,越来越多的雷达采取宽频带的线性调频信号体制。高性能的AD9858为简化频率源电路设计、提高电路性能提供了一条新的途径。从某频率源的要求出发,介绍了一种宽带线性扫频信号的实现
方案
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,阐述了DDS时钟产生电路、耦合滤波电路、上位机软件功能等方面的设计,进行了必要的仿真,并给出了最终设计的信号源的测试结果。表明AD9858在通信设备、军事以及航空雷达的设计当中是很有应用前景的。
关键词,AD9858; 线性调频; ADF4360; DDS
中图分类号,TN911 34 文献标识码,A 文章编号,1004 373X(2012)10 0169 03
引 言
雷达技术的高速发展对雷达信号源的性能提出了更高的要求。宽工作频段、高精度、高稳定、快速跳变、复杂多变的调制形式已成为衡量雷达信号源性能的重要指标。高性能的DDS技术为此问题的解决关系提供了一种新的途径,1 2,。直接数字频率合成(DDS)技术,具有极高的频率分
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辨率、极短的频率转换时间,以及频率转换时信号相位连续等优点,已经在通信、雷达、电子对抗等领域得到了广泛的应用。AD9858是美国AD公司推出的高性能DDS单片集成电路,可方便快速的产生线性调频、单频脉冲及编码调制信号。在工作时钟频率1 GHz条件下,能直接产生高达400 MHz的输出频率,克服了以前DDS产品由于时钟频率低,使得直接输出频率上限较低,实际工作频带较窄的缺陷,能够满足宽带微波雷达信号产生的需求,3,。
1 方案设计
某频率源需要产生中心频率为300 MHz、带宽最大为62.5 MHz、时宽和带宽可调的线性调频信号或中心频率为300 MHz并且频率可调的单频调试信号,要求输出信号稳定,低杂散,并实现不同信号之间的快速跳转。基于上述指标,以前的DDS器件由于器件性能限制,如AD9854只能产生中心频率为几十兆赫兹、带宽为几兆赫兹的线性调频信号,然后经过多次倍频或经过上变频来实现上述指标要求,因而电路结构复杂,可靠性低,4 5,。而AD9858作为一款高性能的DDS器件,在工作时钟频率为1 GHz条件下,能直接产生高达400 MHz的输出频率,可方便快速地产生线性调频、单频脉冲及编码调制信号。本文的方案是某频率源中的中频产生模块,将AD9858与MCU相结合产生中心频率为300 MHz的脉宽和带宽可调的线性调频信号或中心
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频率为300 MHz频率可调的点频测试信号。具体的
实施方案
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如图1所示。
图1 硬件实现方案该方案主要由MCU控制单元、DDS、DDS时钟产生,2 GHz时钟,、耦合滤波电路、RS 232接口等组成。
上位机通过RS 232接口与MCU通信,可以方便地设置DDS输出信号的形式,点频信号,中心频率,、线性扫频信号,中心频率、带宽、脉宽,。由于该频率源同时还要求输出1路2 GHz的信号。方案采用AD公司的高性能电荷泵型集成频率综合芯片ADF4360 2来产生2 GHz的信号。ADF4360 2内置低噪声数字鉴相器、精确电荷泵、可编程参考分频器、可编程计数器、计数器及双模前置分频器(P/P+1)以及内部 VCO 等部件。输出频率范围为1 700,2 100 MHz。外部晶振信号输入ADF4360 2芯片,通过对ADF4360 2的正确配置和搭接合适的外部电路,设计放大、滤波电路,就可产生满足系统和AD9858的时钟要求的频率信号,6 7,。ADF4360 2输出的信号对于二次谐波的抑制根据以往的工程经验在25 dBc左右。为了给AD9858提供高质量的时钟信号,ADF4360 2的输出需要接滤波器滤除输出信号的二次谐波。方案中将该放大滤波后输出的一路信号作为DDS的时钟使用,DDS部分采用了AD公司的
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DDS芯片AD9858,MCU控制DDS对输入时钟2分频,可使DDS的工作时钟为1 GHz。MCU对ADF4360 2的寄存器写入流程如下,
,1, 写入R寄存器,
,2, 写入C寄存器,
,3, 写入N寄存器。
其中,R寄存器的值设置为0000191,C寄存器的值设置为0FE148,N寄存器的值设置为00FA02。鉴相频率选择为10 MHz,环路带宽选择为100 kHz,利用ADIsimPLL软件经过仿真,杂波抑制可控制在-80 dBc以下,在偏离中心频率10 kHz,1 MHz时,相位噪声小于-95 dBc/Hz,该信号的性能能够满足AD9858对时钟信号的要求。仿真结果如图2所示。
控制部分的MCU采用ATmega8515,主要完成三个功能,一是对ADF4360 2的配置,控制寄存器、R寄存器和N寄存器,,使ADF4360 2能够稳定锁定,输出高质量的2 GHz频率信号,二是与上位机通信,接收上位机的命令字,扫频、点频、起始和终止频率、脉宽,,对信号源的状态进行监控,三是按照接收到的命令字对AD9858进行配置,控制输出相应的频率信号。
AD9858具有三种工作模式,单音频工作模式、扫频工作模式、睡眠工作模式。
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图2 输出频率为2 GHz时的杂波抑制和相位噪声要设置AD9858工作在单音频模式,需要设置的寄存器为,CFR寄存器,设置相应的时钟、混频器、I/O端口等功能,、FTW0寄存寄存器,8 9,。
输出频率的计算公式为,f0=FTW2n?SYSCLK
(1)式中,FTW是FTW寄存器需要设置的值,n是相位累加器分辨率,n=32,SYSCLK是系统时钟值,在该方案中n=1 GHz。
要设置AD9858工作在扫频工作模式,需要配置的寄存器有,CFR寄存器、FTW寄存器、DFTW寄存器,用于步进频率调节,、DFRRW寄存器,步进频率斜率控制,、POW寄存器,相位偏移控制,。AD9858的数据读写有串行和并行两种方式,MCU对AD9858选用串行读/写模式,10,。AD9858的输出IOUT,IOUT经过变压器耦合、带通滤波器滤波后得到杂波抑制性能较好的信号。耦合、滤波电路如图3所示。
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浙公网安备 33021202002483