摘要：設(shè)計了一種可通過軟件靈活控制的模擬雷達信號源，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輸出模擬雷達信號。文中說明了電路設(shè)計結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計方法，并對信號源的性能進行了可行性驗證。
關(guān)鍵詞：雷達信號；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，已在軍事和民用領(lǐng)域得到廣泛應用，通過基于DDS的各種波形產(chǎn)生技術(shù)，再結(jié)合控制程序，就可實現(xiàn)任意信號波形的產(chǎn)生。
1 總體設(shè)計框圖
由于DDS芯片AD9858的工作頻率可達1 GHz，可輸出450 MHz的信號，因此選擇它來產(chǎn)生雷達信號。而要實現(xiàn)雷達信號的快速轉(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C8051F340最高運行速度可達到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，必需要2倍于輸出信號的參考信號，這里選用了美國國家半導體公司的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，通過單片機設(shè)置其內(nèi)部的寄存器，便可輸出穩(wěn)定的1 GHz信號作為AD9858的參考信號。
2 信號源硬件電路設(shè)計
2．1 控制電路設(shè)計
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48 MI·s-1)，精確校準的12 MHz內(nèi)部振蕩器和4倍時鐘乘法器，通用串行總線(USB)功能控制器，有8個靈活的端點管道，集成收發(fā)器和1 kB FIFO RAM，64 kB的片內(nèi)Flash存儲器，硬件實現(xiàn)的SMBus／I2C、增強型UART和增強型SPI串行接口4個通用的16位定時器，具有5個捕捉／比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器／定時器陣列(PCA)片內(nèi)上電復位、VDD監(jiān)視器和時鐘丟失檢測器多達40個端口I／O。采用它可以對AD9858芯片及LMX2531相應的設(shè)置。
具體的設(shè)計與引腳連接如圖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。
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2．2 DDS信號產(chǎn)生單元電路
采用AD8958產(chǎn)生模擬雷達信號，參考時鐘采用1 GHz振蕩信號，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對其內(nèi)部頻率、相位寄存器進行設(shè)置，以輸出所需信號。
2．3 參考信號產(chǎn)生電路
為了使DDS芯片AD958輸出高頻信號，必須給其高頻率的精準參考時鐘。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。當與高質(zhì)量參考晶振配合使用時，可產(chǎn)生穩(wěn)定、低噪聲的本地振蕩信號。LMX2531是單塊集成電路，采用先進的BICMOS制作工藝。LMX2531有幾種不同型號，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個引腳(6 mm×6 mm×0．8 mm)無鉛LLP封裝?？蓽p小PCB板的尺寸，所以采用它來產(chǎn)生電路的參考時鐘。LMX2531的外圍電路如圖4所示。
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2．4 上位機控制軟件
本電路通過上位機軟件與單片機通信，靈活控制產(chǎn)生模擬雷達信號的載頻、脈寬、重頻。采用VC6．0軟件設(shè)計制作上位機控制軟件，界面如圖5所示。可以產(chǎn)生豐富多樣的雷達信號。例如單載頻脈沖信號、頻率捷變信號、頻率跳變信號、重頻變化信號、脈寬變化信號，還可以產(chǎn)生線性調(diào)頻信號和相位編碼信號。另外，還可以產(chǎn)生模擬的雷達干擾信號，如噪聲調(diào)頻信號和隨機挖空信號。
通過設(shè)置，信號源便可以準確地輸出所需的模擬雷達信號。下面以產(chǎn)生重頻參差信號進行說明。圖6(a)為對輸出信號進行設(shè)置產(chǎn)生三重頻參差信號，圖6(b)為產(chǎn)生的重頻參差信號，可看出信號的重頻在步進增大。以圖6(c)為放大的載頻信號，可以看出測得載頻為100 MHz。
3 結(jié)束語
本設(shè)計突出了輸出信號的靈活性，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信號，又顯示了它強大的功能。經(jīng)過測試表明，該信號源在功能上滿足系統(tǒng)的研究要求，該方案的各項性能指標均較高，從而證實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)。
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