基于AD9910的雷达信号模拟器的设计与实现

2022-07-01 15:00:03| 浏览次数：

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2.1 系统总体结构设计

系统采用高稳定度的恒温晶振产生100 MHz频率作为参考输入时钟，分别用于锁相环模块的频率参考信号和FPGA模块的时序控制所需的时钟。锁相环模块根据晶振产生的100 MHz信号进行锁相，环路稳定后经VOC产生1 GHz输出信号，最后通过带通滤波输入AD9910中作为采样时钟。模块的控制核心和时序电路由DSP（TMS320C2812）和FPGA（XC3S500E）实现，该模块在晶振100 MHz的时钟信号触发下，根据时序与逻辑控制信号，将上位机通过上位机接口送来的控制命令和数据，通过DDS控制接口模块分别转换送至AD9910芯片，根据系统要求控制DDS芯片产生需要的线性调频信号、脉冲多普勒频移信号、频率捷变信号等雷达基带信号。其系统总体组成如图2所示。AD9910产生的基带信号在射频信号模块中进行混频合成后，与不同波段的本振信号进行上变频可以产生不同波段的雷达信号。毫米波信号模块结构如图3所示。

2.2 AD9910简介

DDS芯片采用Analog公司的AD9910，它集成了14 b数模转换器（DAC），并且支持高达1 GSPS的采样速率。AD9910采用ADI公司的高级DDS专利技术，这种技术可显著地降低功耗而无需牺牲性能。其DDS与DAC组合形成了数字可编程、高频模拟输出频率合成器，能够产生频率高达400 MHz频率灵活的正弦波形。用户可以访问三个用于控制DDS的信号控制参数：频率、相位和幅度。AD9910使用32 b累加器提供快速调频和频率调节分辨率。其采样率为1 GSPS，调节分辨率为0.23 Hz。AD9910支持快速的频率扫描、相位和幅度切换，可以方便地实现线性调频、相位编码信号的合成[5]。

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图2 系统总体组成框图

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图3 射频信号模块组构图

AD9910内部集成1 024 Word[×]32 b的RAM存储器，通过内部复杂状态机配合，RAM存储器可以非常灵活的生成随时间变化的任意波形。AD9910芯片的优越性能，使其在雷达捷变频本振频率合成，雷达和扫描系统线形调频源，极化调制器、雷达回波模拟等领域得到广泛的应用。

2.3 线形调频信号设计

AD9910中集成了全数字斜坡发生器，可以从编程设定的起点到终点扫描相位、频率和幅度。将全数字斜坡发生器设置为频率扫描，即可产生线性调频输出信号。数字斜坡发生器的扫描参数可以完全由编程确定，包括斜坡扫描上、下限，正/负斜率扫描步长和扫描步进时间间隔。数字斜坡发生器的内核是参考时钟为SYNCLK的32 b累加器，其频率为：

[fSYNCLK=14fSYSCLK]

若DDS系统时钟（即DAC采样时钟）为1 GHz，则数字斜坡发生器的内核参考时钟为4 ns，也就是说，数字斜坡发生器最短间隔4 ns就可以进行一次扫描步进，这对输出线性调频信号的线性度非常有利，即最小扫描步进时间间隔为：

[Δt=4fSYSCLK]

实际工作时，扫描步进时间间隔可以编程控制：

[Δt=4PfSYSCLK]

式中：[P]为保存在扫描步进时间间隔寄存器内数据。

扫描步长[M]确定输出信号频率扫描步长：

[ΔF=M232fSYSCLK]

输出线性调频信号的斜率为：

[K=ΔFΔt=M232⋅4P⋅fSYSCLK2]

斜坡累加器后有限值控制逻辑，可以强制设定数字斜坡累加器的输出信号频率的上界和下界，确保输出信号在期望的频率范围内线性扫描。扫描置上限后，可通过编程控制可以强制斜坡累加器清零，强制输出信号频率复位置下限频率。

3 测试结果