基于AD9910的寬帶信號源設(shè)計

鐘 文

摘要直接數(shù)字合成(DDS)是一種重要的頻率合成技術(shù),具有分辨率高、頻率變換快等優(yōu)點(diǎn),在雷達(dá)及通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。文中介紹了一種高性能DDS芯片AD9910的基本原理和工作特點(diǎn),設(shè)計一種利用此芯片產(chǎn)生高精度可控的線性調(diào)頻信號的方案。

關(guān)鍵詞直接數(shù)字頻率合成信號源AD9910芯片線性調(diào)頻

中圖分類號:TP311.11文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1 引言

隨著電子技術(shù)的發(fā)展,寬帶信號源廣泛應(yīng)用于民用和軍用電子技術(shù)的各個方面。近年來,直接數(shù)字合成(DDS)異軍突起,憑借其具有優(yōu)良的相位、頻率分辨力以及快速轉(zhuǎn)換時間等突出優(yōu)點(diǎn)迎合了先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展要求。美國AD公司推出的高集成度頻率合成芯片AD9910就是采用DDS技術(shù)的典型產(chǎn)品之一。針對DDS的上述特點(diǎn),本文基于AD9910設(shè)計了一種信號源,用來產(chǎn)生帶寬為200MHZ,脈寬為40us的基帶線性調(diào)頻(LFM)信號。

2 LFM信號的設(shè)計

寬帶中頻的線性調(diào)頻(LFM)信號,其信號表達(dá)式為:

其中M為可控的幅度加權(quán),為可控的延時時間,為中頻頻率200MHz,B=200MHz為帶寬,T=40us為時寬,K為=B/T為調(diào)制系數(shù),可控的相位初相。根據(jù)奈奎斯特采樣定理,只要采樣率大于信號最高頻率的兩倍就可以恢復(fù)原始信號,但實(shí)際上過低采樣率會造成輸出信號波形的嚴(yán)重失真,因此不同采樣率得到的信號質(zhì)量是不同的。圖1、圖2、圖3是分別在500MHz、1GHz和10GHz的采樣時鐘下,采樣LFM信號(中心頻率200MHz,帶寬200MHz,脈寬1us)的時域波形和頻譜圖。將圖1與圖2、圖3對比,圖1低的采樣率會導(dǎo)致信號幅度包絡(luò)出現(xiàn)較大的起伏,為了保證輸出信號具有優(yōu)良的時域包絡(luò)特性,有必要選用較高的采樣率,另外提高采樣率還有利于改善輸出信號的頻譜純度,進(jìn)一步降低雜散。AD9910的最高采樣率可達(dá)到1GHz,圖3采樣率10GHz,是信號最頻率的300MHz的30倍,接近無包絡(luò)起伏的理想信號波形 ,對比圖2與圖3,1GHz采樣率得到的信號時域波形起伏很小,可以滿足工程要求。

3 基于AD9910的數(shù)字波形產(chǎn)生器的實(shí)現(xiàn)

圖4是數(shù)字波形產(chǎn)生器的硬件實(shí)現(xiàn)框圖,它主要于FPGA和AD9910組成,FPGA起計算控制和計算的功能,AD9910則產(chǎn)生所需要的LFM信號。FPGA從外部接收各種控制信息,包括產(chǎn)生信號的幅度、延遲時間、初相、頻率、帶寬、時寬等等,然后對這些信息進(jìn)行解算,將解算得到的控制數(shù)據(jù)送給AD9910配置模塊和延時模塊,最后通過高速數(shù)字邏輯電路配置給AD9910芯片,從而產(chǎn)生所需要的信號。同樣,延遲模塊從參數(shù)控制與計算模塊接收到所需延遲數(shù)據(jù),進(jìn)行延時,產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖送給AD9910配置模塊,控制AD9910配置模塊的配置時刻,從而控制信號產(chǎn)生的時刻,達(dá)到延時的目的。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

如圖所示,圖5、圖6是AD9910產(chǎn)生的200MHz帶寬,200MHz中頻的時域信號波形圖,從圖可以看出,產(chǎn)生的寬帶信號,包絡(luò)起伏較小,能達(dá)到工程的要求。如圖7,圖8所示,分別為0ns延時和1ns延時的信號波形,從信號波形對比可以看出,AD9910產(chǎn)生的信號可以達(dá)到精度為1ns的延時。

5 結(jié)論

通過理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的(下轉(zhuǎn)第128頁)(上接第125頁)基于AD9910寬帶數(shù)字產(chǎn)生器的設(shè)計在信號波形產(chǎn)生設(shè)計上時一次成功的實(shí)踐,工程上達(dá)到了良好的效果。產(chǎn)生的寬帶LFM信號不僅幅度、相位可控,而且可以達(dá)到1ns精度的準(zhǔn)確延時,這在雷達(dá)技術(shù),特別是數(shù)字陣列雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用中有很大的意義。