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数字波形产生技术中,由于直接数字频率合成(DDS)技术具有多种优点,已在军事和民用领域得到广泛应用,通过基于DDS的各种波形产生技术,再结合控制程序,就可实现任意信号波形的产生。
1 总体设计框图 由于DDS芯片AD9858的工作频率可达1 GHz,可输出450 MHz的信号,因此选择它来产生雷达信号。而要实现雷达信号的快速转换与脉冲的占空比控制,就需要采用速度较快的控制芯片,因单片机C8051F340最高运行速度可达到48 MHz,又采用流水线工作方式,执行一条指令只需20 ns,速度可以满足需求。DDS芯片要输出信号,必需要2倍于输出信号的参考信号,这里选用了美国国家半导体公司的LMX2531芯片,它集成了PLL、VCO和超低噪声和高精度的LDO,输入40MHz的震荡信号,通过单片机设置其内部的寄存器,便可输出稳定的1 GHz信号作为AD9858的参考信号。 图1 总体设计框图 2 信号源硬件电路设计 2.1 控制电路设计 本系统控制芯片采用Silicon公司的C805117340微控制器。它具有高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核(可达48 MI·s-1),精确校准的12 MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器,通用串行总线(USB)功能控制器,有8个灵活的端点管道,集成收发器和1 kB FIFO RAM,64 kB的片内Flash存储器,硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口4个通用的16位定时器,具有5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA)片内上电复位、VDD监视器和时钟丢失检测器多达40个端口I/O。采用它可以对AD9858芯片及LMX2531相应的设置。 具体的设计与引脚连接如图2所示。P0.0~P0.4分别接LMX2531的DATA,CLK,LE,CE。P1.2~P1.7接AD9858的控制引脚,P2.0~P3.5接DDS的8位数据线和6位地址线。 图2 中心控制电路 2.2 DDS信号产生单元电路 采用AD8958产生模拟雷达信号,参考时钟采用1 GHz振荡信号,由LMX2531提供,接到AD9858的33脚与34脚。图3所示为AD9858的外围电路连接图。采用C8051F340对其内部频率、相位寄存器进行设置,以输出所需信号。 图3 DDS信号产生电路 2.3 参考信号产生电路 为了使DDS芯片AD958输出高频信号,必须给其高频率的精准参考时钟。而LMX2531芯片可以满足需求。 LMX2531是低供电,高性能频率合成器,它完整地集成了PLL和VCO电路。同时内部集成的低噪声、高精度的低压差稳压器LDO,使得系统具有更高的噪声抑制性能和稳定性。当与高质量参考晶振配合使用时,可产生稳定、低噪声的本地振荡信号。LMX2531是单块集成电路,采用先进的BICMOS制作工艺。LMX2531有几种不同型号,分别用于不同的频率段。该芯片采用三线Microwire接口方式使得编程更容易,接口操作电压低到1.8 V。电源供电范围2.8~3.2 V。LMX2531为36个引脚(6 mm×6 mm×0.8 mm)无铅LLP封装。可减小PCB板的尺寸,所以采用它来产生电路的参考时钟。LMX2531的外围电路如图4所示。 图4 LMX2531的外围电路 2.4 上位机控制软件 本电路通过上位机软件与单片机通信,灵活控制产生模拟雷达信号的载频、脉宽、重频。采用VC6.0软件设计制作上位机控制软件,界面如图5所示。可以产生丰富多样的雷达信号。例如单载频脉冲信号、频率捷变信号、频率跳变信号、重频变化信号、脉宽变化信号,还可以产生线性调频信号和相位编码信号。另外,还可以产生模拟的雷达干扰信号,如噪声调频信号和随机挖空信号。 图5 信号源控制软件 通过设置,信号源便可以准确地输出所需的模拟雷达信号。下面以产生重频参差信号进行说明。图6(a)为对输出信号进行设置产生三重频参差信号,图6(b)为产生的重频参差信号,可看出信号的重频在步进增大。以图6(c)为放大的载频信号,可以看出测得载频为100 MHz。 图6 输出脉宽差分信号 3 结束语 本设计突出了输出信号的灵活性,而且电路中芯片均采用贴片封装,最后制作的电路体积较小,能输出丰富的模拟雷达信号,又显示了它强大的功能。经过测试表明,该信号源在功能上满足系统的研究要求,该方案的各项性能指标均较高,从而证实了其可行性和前瞻性,并且在相位噪声、杂散抑制度、谐波抑制度等方面有较好的表现。 |
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