可編程模擬雷達(dá)信號(hào)源的設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一種可通過軟件靈活控制的模擬雷達(dá)信號(hào)源，采用Silicon公司C8051F340微處理器芯片，控制直接數(shù)字頻率合成芯片AD9858輸出模擬雷達(dá)信號(hào)。文中說明了電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)方法，并對(duì)信號(hào)源的性能進(jìn)行了可行性驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：雷達(dá)信號(hào)；直接數(shù)字頻率合成；AD9858；C8051F340

    在數(shù)字波形產(chǎn)生技術(shù)中，由于直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)具有多種優(yōu)點(diǎn)，已在軍事和民用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，通過基于DDS的各種波形產(chǎn)生技術(shù)，再結(jié)合控制程序，就可實(shí)現(xiàn)任意信號(hào)波形的產(chǎn)生。

1 總體設(shè)計(jì)框圖
    由于DDS芯片AD9858的工作頻率可達(dá)1 GHz，可輸出450 MHz的信號(hào)，因此選擇它來產(chǎn)生雷達(dá)信號(hào)。而要實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)的快速轉(zhuǎn)換與脈沖的占空比控制，就需要采用速度較快的控制芯片，因單片機(jī)C8051F340最高運(yùn)行速度可達(dá)到48 MHz，又采用流水線工作方式，執(zhí)行一條指令只需20 ns，速度可以滿足需求。DDS芯片要輸出信號(hào)，必需要2倍于輸出信號(hào)的參考信號(hào)，這里選用了美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的LMX2531芯片，它集成了PLL、VCO和超低噪聲和高精度的LDO，輸入40MHz的震蕩信號(hào)，通過單片機(jī)設(shè)置其內(nèi)部的寄存器，便可輸出穩(wěn)定的1 GHz信號(hào)作為AD9858的參考信號(hào)。

2 信號(hào)源硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 控制電路設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)控制芯片采用Silicon公司的C805117340微控制器。它具有高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的微控制器內(nèi)核(可達(dá)48 MI·s-1)，精確校準(zhǔn)的12 MHz內(nèi)部振蕩器和4倍時(shí)鐘乘法器，通用串行總線(USB)功能控制器，有8個(gè)靈活的端點(diǎn)管道，集成收發(fā)器和1 kB FIFO RAM，64 kB的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus／I2C、增強(qiáng)型UART和增強(qiáng)型SPI串行接口4個(gè)通用的16位定時(shí)器，具有5個(gè)捕捉／比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器／定時(shí)器陣列(PCA)片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和時(shí)鐘丟失檢測(cè)器多達(dá)40個(gè)端口I／O。采用它可以對(duì)AD9858芯片及LMX2531相應(yīng)的設(shè)置。
    具體的設(shè)計(jì)與引腳連接如圖2所示。P0.0～P0.4分別接LMX2531的DATA，CLK，LE，CE。P1.2～P1.7接AD9858的控制引腳，P2.0～P3.5接DDS的8位數(shù)據(jù)線和6位地址線。

2．2 DDS信號(hào)產(chǎn)生單元電路
    采用AD8958產(chǎn)生模擬雷達(dá)信號(hào)，參考時(shí)鐘采用1 GHz振蕩信號(hào)，由LMX2531提供，接到AD9858的33腳與34腳。圖3所示為AD9858的外圍電路連接圖。采用C8051F340對(duì)其內(nèi)部頻率、相位寄存器進(jìn)行設(shè)置，以輸出所需信號(hào)。

2．3 參考信號(hào)產(chǎn)生電路
    為了使DDS芯片AD958輸出高頻信號(hào)，必須給其高頻率的精準(zhǔn)參考時(shí)鐘。而LMX2531芯片可以滿足需求。
     LMX2531是低供電，高性能頻率合成器，它完整地集成了PLL和VCO電路。同時(shí)內(nèi)部集成的低噪聲、高精度的低壓差穩(wěn)壓器LDO，使得系統(tǒng)具有更高的噪聲抑制性能和穩(wěn)定性。當(dāng)與高質(zhì)量參考晶振配合使用時(shí)，可產(chǎn)生穩(wěn)定、低噪聲的本地振蕩信號(hào)。LMX2531是單塊集成電路，采用先進(jìn)的BICMOS制作工藝。LMX2531有幾種不同型號(hào)，分別用于不同的頻率段。該芯片采用三線Microwire接口方式使得編程更容易，接口操作電壓低到1．8 V。電源供電范圍2．8～3．2 V。LMX2531為36個(gè)引腳(6 mm×6 mm×0．8 mm)無鉛LLP封裝。可減小PCB板的尺寸，所以采用它來產(chǎn)生電路的參考時(shí)鐘。LMX2531的外圍電路如圖4所示。

2．4 上位機(jī)控制軟件
    本電路通過上位機(jī)軟件與單片機(jī)通信，靈活控制產(chǎn)生模擬雷達(dá)信號(hào)的載頻、脈寬、重頻。采用VC6．0軟件設(shè)計(jì)制作上位機(jī)控制軟件，界面如圖5所示?？梢援a(chǎn)生豐富多樣的雷達(dá)信號(hào)。例如單載頻脈沖信號(hào)、頻率捷變信號(hào)、頻率跳變信號(hào)、重頻變化信號(hào)、脈寬變化信號(hào)，還可以產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)和相位編碼信號(hào)。另外，還可以產(chǎn)生模擬的雷達(dá)干擾信號(hào)，如噪聲調(diào)頻信號(hào)和隨機(jī)挖空信號(hào)。

    通過設(shè)置，信號(hào)源便可以準(zhǔn)確地輸出所需的模擬雷達(dá)信號(hào)。下面以產(chǎn)生重頻參差信號(hào)進(jìn)行說明。圖6(a)為對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行設(shè)置產(chǎn)生三重頻參差信號(hào)，圖6(b)為產(chǎn)生的重頻參差信號(hào)，可看出信號(hào)的重頻在步進(jìn)增大。以圖6(c)為放大的載頻信號(hào)，可以看出測(cè)得載頻為100 MHz。

3 結(jié)束語
    本設(shè)計(jì)突出了輸出信號(hào)的靈活性，而且電路中芯片均采用貼片封裝，最后制作的電路體積較小，能輸出豐富的模擬雷達(dá)信號(hào)，又顯示了它強(qiáng)大的功能。經(jīng)過測(cè)試表明，該信號(hào)源在功能上滿足系統(tǒng)的研究要求，該方案的各項(xiàng)性能指標(biāo)均較高，從而證實(shí)了其可行性和前瞻性，并且在相位噪聲、雜散抑制度、諧波抑制度等方面有較好的表現(xiàn)。