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AD9858 实现雷达宽带调频源设计
本文介绍了高性能DDS 芯片AD9858 的主要特点和配置方法,论述了
AD9858 实现雷达宽带调频源的原理和可行性,以图形的方式说明了硬件结构的设计方法,详细描述了输出线性调频信号的控制流程。
引言
直接数字频率合成方法具有传统方法所不具备的许多突出的优点。
高频率分辨率、高频率切换速度、频率切换时相位保持连续、超宽的频率范围、能实现各种调制波和任意波形的产生以及易于实现全数字化的设计。
AD9858 是一款高性能DDS 芯片,可方便快速地产生线性调频、单频脉冲及编码调制信号,其工作频率高达1GHz,杂散性能指标更高于以前的产品。
基于AD9858的宽带雷达信号源设计与实现段龙辉【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(036)003【摘要】A design scheme of a wideband radar signal source is given in the paper. It is composed of a baseband signal source and frequency multiplier chain. A linear FM signal is generated, whose center frequency is 1 GHz and bandwidth is 800 MHz. The baseband signal source selects high-performance digital frequency synthesizer chip AD9858 produced by AD, and DDS control word is loaded by FPGA to generate (200?0)MHz baseband signal. Multiplier chain is used to carry out up-conversion and fre-quency doubling of the baseband signal so as to output wideband radar signal whose bandwidth is 1 GHz+400 MHz. The wide-band radar signals are tested through the oscilloscope and spectrum analyzer, and meet the design requirements.%给出一套宽带雷达信号源的设计方案,它由基带信号源和倍频链组成,产生中心频率为1 GHZ,带宽为800 MHZ的线性调频信号.基带信号源选用了AD公司高性能数字频率合成芯片AD9858,由FPGA实现加载DDS控制字,产生(200±50) MHz的基带信号 .倍频链将基带信号进行上变频和倍频,可输出1GHz±400 MHz的宽带雷达信号.经示波器和频谱仪测试显示,所设计的宽带雷达信号源满足设计要求.【总页数】4页(P21-24)【作者】段龙辉【作者单位】西安邮电大学电子工程学院,陕西西安710061【正文语种】中文【中图分类】TN957.5-34;TU951【相关文献】1.基于AD9858的线性调频信号源设计 [J], 吴斌2.基于AD9858定时信号源模块设计 [J], 郭瑞3.基于AD9858宽带雷达信号源的设计及应用 [J], 师鹏宇;杨洪丰;王磊4.基于AD9858的雷达信号源设计与实现 [J], 吕艳;戚继明;奚玮5.宽带雷达信号源中的数字ALC电路设计与实现 [J], 刘建栋;吕进来;张方辉;吴景峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于AD9850的信号发生器设计摘要介绍ADI 公司出品的AD9850 芯片,给出芯片的引脚图和功能。
并以单片机AT89S52 为控制核心设计了一个串行控制方式的正弦信号发生器的可行性方案,给出了单片机AT89S52 与AD9850 连接电路图和调试通过的源程序以供参考。
直接数字合成（DDS）是一种重要的频率合成技术，具有分辨率高、频率变换快等优点，在雷达及通讯等领域有着广泛的应用前景。
系统采用AD9850为频率合成器，以单片机为进程控制和任务调度的核心，设计了一个信号发生器。
实现了输出频率在10Hz~1MHz围可调，输出信号频率稳定度优于10-3的正弦波、方波和三角波信号。
正弦波信号的电压峰峰值Vopp能在0~5V围步进调节，步进间隔达0.1v,所有输出信号无明显失真，且带负载能力强。
该电路设计方案正确可行,频率容易控制,操作简单灵活,且具有广阔的应用前景。
关键词：信号发生器；直接数字频率合成；AD9850芯片；AT89S52单片机AbstractOn the basis of direct digital synthesis(DDS)principle, a signal generator was designed , using AT89S52 single chip machine as control device and adopting AD9850 type DDS device .Hardware design parameters were given .The system can output sine wave ,square wave with wide frequency stability and good waveform .The signal generator has stronger market competitiveness , with wide development prospect ,in frequency modulation technology and radio communication technology fields.Key words: signal generator ；direct digital synthsis；AD9850；AT89S52目录第一章绪论 (1)1.1背景 (1)1.2问题的提出 (2)1.3论证方案 (2)1.4总体设计框图 (3)第二章 DDS技术产生信号的基本原理 (5)2.1DDS简介 (5)2.2频率预置与调节电路 (5)2.3累加器 (6)2.4控制相位的加法器 (6)2.5控制波形的加法器 (6)2.6波形存储器 (6)2.7D/A转换器 (7)2.8低通滤波器 (7)2.9数字波形合成的理论分析 (8)第三章芯片的简介 (9)3.1AD9850结构与性能 (9)3.2AD9850的控制字与控制时序 (11)3.3 AT89S52结构与性能 (12)3.4 24C02结构与性能 (15)3.5MAX232的结构与性能 (16)3.6RT1602结构与性能 (17)第四章主要硬件的总体设计 (19)4.1AD9850与单片机的接口电路 (19)4.2 LCD与单片机的连接 (20)第五章软件部分设计 (21)第六章用到的数学原理 (24)6.1数学原理 (24)6.2算法比较和选择 (26)6.2.1采样回放法 (26)6.2.2查表法 (27)6.2.3泰勒级数展开法 (27)6.2.4数字正弦振荡器法 (27)6.2.5递推数列法 (28)第七章电路原理图的绘制 (31)7.1一般步骤 (31)7.2原理图的绘制 (31)结束语 (32)致 (33)第一章绪论1.1背景在电子技术领域中，也就是所谓的信号源号源有很多种，包括正弦波信号源、函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成的信号源等，经常要用一些信号作为测量基准信号或输入信号。
基于AD9858的线性调频信号源设计吴斌【摘要】AD9858是一款高性能DDS芯片，它集成了10位高速D/A转换器，能够输出频率高达450MHz的正弦波信号。
本文详细介绍了AD9858的工作流程及时序关系、寄存器的配置方法，以及基于AD9858的调频信号源硬件设计实现。
% The AD9858 is a high performance DDS chip with the integration of 10-bit D/A converter at high speed, from which the sine wave signal with the frequency of up to 450MHz is output. The paper introduces the work flow and time sequence relationship of the AD9858, as well as how to configure registers in the AD9858 and how to design and implement the hardware for the AD9858-based frequency-modulated signal source.【期刊名称】《现代导航》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P231-234)【关键词】直接数字频率合成;调相;调频;倍频【作者】吴斌【作者单位】海军装备部驻西安地区军事代表局【正文语种】中文【中图分类】TN911.231 AD9858性能与功能描述直接数字合成器（DDS，Direct Digital Synthesis）以精准时钟为参考，利用数字化的方法直接产生相位可调、频率可调的正弦波信号。
DDS器件的推出，以其精确性、可靠性和多功能性极大地推动了雷达技术的发展。
目前，世界上许多芯片制造厂商都陆续推出了采用先进CMOS工艺生产的高集成度、多功能的高性能 DDS芯片，应用最广泛的是 AD公司的AD985X系列，尤其是AD9858。
基于AD9858的雷达信号波形产生器设计1 引言近年来，随着雷达技术的高速发展对雷达信号源的要求也越来越高。
宽工作频段、高输出功率、复杂多变的信号调制形式和信号的稳定度已成为衡量雷达信号源性能的重要指标。
ad9858是业界首款具有1 gs／s直接数字合成器(dds)，10位d／a转换器，快速频率跳跃和精细调谐分辨率功能的单片解决方案，ad9858优良的性能使其适用于军事以及航空雷达的信号源设计。
2 雷达信号波形产生器雷达信号波形产生器在有源雷达整体结构中占有重要地位，能在低功率电平上产生雷达信号的基本波形，因而易于得到脉冲压缩和相参系统等所要求的复杂波形。
基本波形经过功率放大器后即可送至天线作为雷达输出信号。
图1所示为采用功率放大发射机和超外差接收机雷达的简化框图。
雷达系统普遍采用的发射信号大敛分为：单频脉冲、线性调频信号及编码调制信号。
为了增大探测距离，优化距离分辨率、速度分辨率等技术指标，通常可将这些信号组合来形成波形。
采用高速dds器件ad9858形成的波形信号具有高精度、高扫描率、抗干扰性好、截获率低等特性，而且硬件电路结构简单，有助于设备的小型化和集成化。
3 dds工作原理3.1 dds基本原理直接数字频率合成(dds)采用全数字结构，具有精确的频率分辨率、快速的频率转换时间以及可灵活产生多种信号等特点。
因此，dds已逐渐取代模拟方式。
dds由相位累加器、波形存储器和数模转换器等组成。
其原理：向dds写入频率控制字，经过相位累加器转换成瞬时相位，在外部参考时钟作用下，每个时钟周期相位累加器累加相位步进一次，然后对应到波形存储器中所存储的正弦函数查询表，不同的瞬时相位码输出不同的幅值编码，再将该幅值编码输出给数模转换器(d／a)，把数字量转换为模拟量输出给低通滤波器，最后输出所需的信号。
3.2 ad9858简介与其他高速dds器件相比，ad9858内部集成有10位数模转换器，其频率分辨率为32位，最高输出频率可达400 mhz。
基于AD9959的多体制雷达信号源的设计
1引言
随着雷达技术的进展，浮现了多种体制的雷达，比如脉冲多普勒雷达、SAR、相控阵雷达先进，虽然这些雷达的功能不同，但是为了提作用距离和距离向上的辨别率，都彩了大时宽积信号。
在雷达信号源设计领域，DDS技术和器件已经得到了很大的进展，相应的浮现了无数性能优异的DDS器件，本文旨在介绍一种基于公司的AD9959设计的新型多体制的雷达信号源设计办法，该器件具有稳定度高，相位、频率和幅度调节灵便，能够同时产生4路相关信号，信号形式可以随意设定的特点，这些优异的性能在雷达信号源的研制方面都表现出了良好的应用前景。
2 系统硬件设计
本文设计的多体制雷达信号源是以ADI公司的AD9959为核心，结合控制、信号放大电路构成的。
信号参数由主控计算机通过串口举行发送，并同FPGA举行接收，从而控制AD9959完成相应的信号输出。
因为在雷达的实际放射过程中，大部分采纳的是大时宽带宽的脉冲信号，因此在系统硬件设计的架构中，FPGA还完成了一定的脉冲输出功能，对AD9959输出的延续波信号举行脉冲调制，从而达到输出雷达脉冲信号的能力，而输出的中频信号经过混频电路就可以达到雷达放射所需要的频段。
2.1 AD9959芯片简介
AD9959是一款性能优异的DDS芯片，主要体现在以下几个方面：
4路同步输出通道;
各个通道有自立的频率/相位/幅度控制功能;
超强的通道之间隔离度(>65 dB);
线性频率/相位/幅度扫描能力;
能够达到16级的频率/相位/幅度调制能力;
可通过硬件/软件控制节电模式。
AD9959通过串行I/O提供了多种配置功能，基于这种串行I/O提供的
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基于 AD9959 的高精度多通道雷达信号源设计宋 征， 许国宏， 李 星（中国电波传播研究所 山东 青岛 266107）摘要： 现代相控阵雷达为了保证空间功率合成精度需要高精度的雷达信号， 设计实现了一种以 AD9959 为核心的高精度多通道雷达信号源。
信号源利用多片 AD9959 产生 32 路正弦波、线性调频以及相位编码等多种信号形式，并设 计采用 AD8302 对多路信号的幅度和相位进行检测与调整。
该信号源已应用实际工程中，现场实验结果表明，该信号 源系统产生的高频信号频率稳定度高、相位幅度一致性好，完全满足对信号源的性能指标的要求。
关键词： AD9959； 雷达信号源； DDS ； 幅相检测 中图分类号： TN911.23文献标识码： A文章编号：1674－6236（2012）17-0095-03Design of high-precision and multi-channel radar generato r based on AD9959SONG Zheng ， XU Gu o -h o n g ， LI X i n g（Ch i n a Research Inst i tud e of Rad i o Wave Propagat i on ， Q i n g d ao 266107， Ch i n a ）Abs t r ac t: In order to ensure pr e c i s i o n of power s ynth es i ze in phased array radar ， a kind of h i g h -pr e c i s i o n mu l t i -ch a nn e l r a d a r generator based on AD9959 i s d es i g n e d. Radar generator use host computer and FPGA to c o ntr o l ad9959 and Produce 32 ch a nn e l s i n e w a v e 、li n ea r frequency m o du l a t i o n and e nc o d i n g and so on ， d es i g n e d a mu l t i -ch a nn e l s i g n a l a mp li tud e and ph ase m eas ur i n g and a d j u s tm e nt system u s i n g ad8302. The radar generator have been a pp li e d in pr o j e ct ， and the e xp e r i m e nt a l resu l t s showed that the radar generator had severa l advantages such as h i gh frequency stab ili ty ， h i g h pr e c i se of ph ase a mp li tud e c o n s i s t e ncy ， wh i ch fully meet the t e ch i n i c a l r e qu i r e m e nt s and performance i nd e x of the radar generator in ph ase d array r a d a r.K e y wo r ds : AD9959； radar generator ； DDS ； m ag n i tud e and phase m eas ur i n g为使 相 控 阵雷 达 发 射信 号 达 到 最 佳 的 空 间 功 率 合 成 效 果、实现空间波束扫描，要求雷达信号源输出的多通道雷达信 号幅度相位一致并且幅度相位精确可控， 同时需要监校处理 系统能够对天线阵列中各单元的幅度与相位一致性进行诊断 和校准。
基于DDS芯片AD9858的雷达宽带调频源的设计摘要：介绍了美国模拟器件公司的高性能直接数字频率合成器ad9859的主要性能，给出了其内部功能模块及工作波形图，同时给出了ad9858在雷达信号源设计中的应用方法。
１引言近年来，随着雷达技术的快速发展，人们对雷达信号的建议也越来越低。
高精度、低读取率为、低抗干扰性、高查获率为沦为人们崇尚的目标。
满足用户这种市场需求除了依靠产生繁杂的雷达波形外，还须要在雷达系统中应用领域高性能的器件。
而高性能ｄｄｓ技术、ｄｓｐ技术及大规模可编程逻辑器件技术、电子计算机的应用领域为此类问题的化解提供更多了一种代莱途径。
ａｄ９８５８就是一款高性能的ｄｄｓ器件，可以便利快速地产生线性调频、单频脉冲及编码调制信号。
图1ad9858的系统结构图２器件概述ａｄｉ公司推出的ａｄ９８５８器件是具有１ｇｓｐｓ千兆次取样／秒速率的直接数字合成器ｄｄｓ、１０位ｄ／ａ转换器、快速频率跳跃和精细调谐分辨率功能的单片解决方案。
ａｄ９８５８比先前的解决方案速度快三倍功耗却未增加，因而适合用在无线设备、军事以及航空雷达的设计当中。
和其它的高速ｄｄｓ产品不同，ａｄ９８５８内部集成了ｄａｃ、相位／频率检测器和电荷泵，能满足设计者的低相位噪音、低虚假能量、快速频率转换和宽带宽线性扫描的要求。
ａｄ９８５８的主要性能指标如下：具有１千兆次／秒的采样速率；具高达２ｇｈｚ的输入时钟；集成有１０位ｄ／ａ转换器；内含３２位可编程频率寄存器带有８位并行及ｓｐｉ串行控制接口；自动频率扫描功能；内带４套频率寄存器；采用３．３ｖ低电源供电；使用１００脚ｅｐａｄ－ｔｑｆｐPCB；内置存有２ｇｈｚ的混频器。
ａｄ９８５８芯片的主要引脚包括数据线ｄ７～ｄ０、地址线ａｄｄｒ５～ａｄｄｒ０、参考时钟输入引脚、ｄａｃ输出、寄存器组选择信号、频率更新引脚、系统同步时钟及复位信号等。
ａｄ９８５８芯片的系统结构例如图１右图，它共分三大块：ｄｄｓ核、演示混频器和数字锁相环。
基于AD9958多波形雷达信号源软硬件的设计
1 引言
近年来随着雷达对抗技术的迅速发展，对雷达信号的要求也越来越高。
早期的简单脉冲雷达，其发射信号波形是简单的矩形脉冲，作用距离和距离分辨率差，侦查能力差，容易被敌方截获雷达信息。
线性调频和相位编码调制能获得大的作用距离和具有很高的距离分辨率，且2种编码具有不易被侦查的优点。
随着近几年DDS技术的快速发展，使得线性调频及相位编码调制得以广泛应用，甚至提出了线性调频+相位编码混合编码方式。
这里主要介绍利用简单脉冲技术。
实现线性调频及相位编码2种调制。
2 AD9958及参数设置
AD9958是Analog Devices公司生产的一款高性能、动态特性优异、可双路输出的DDS器件，每路可单独控制频率，相位/幅度。
内部集成了10 bit
的输出幅度控制，内部工作频率高达500 MHz，使其可产生最高频率为250 MHz 的双路信号。
其内部有许多用于控制输出信号参数的控制寄存器，具有32位频率调整分辨率、14位相位失调分辨率、lO位输出幅度可缩放分辨率，有增强数据吞吐率的串行SPI口。
可工作于多种模式，支持器件手册中介绍的单频信号模式(single-tone)、调制模式(moolulation mode)、线性扫频模式
(1inearsweep)以及混合信号模式。
对于单频信号模式，其复数表达式为：
式中，A为信号幅度，ψ为信号初始相位，f0为信号频率。
采用这3个参数完全描述单频信号。
双通道AD9958与这3个参数有关的寄存器分别为信道频率控制字(CTW0)、信道相位补偿字(CPW0)、幅度控制字(ACR)3个寄存器以及通道控制寄存器(CSR)，可产生双通道正交信号，控制如下：
AD9958中需要设置初始频率、终止频率、调频斜率K确定一个线性调
频信号。
其中，起始频率和终止频率分别置于频率控制字寄存器CTW0和CTWl，在线性调频信号中，最主要的设置就是其调频斜率以及扫频方向，在线性扫频模式
中，频率累加器使输出频率从一个可编程低频梯变成可编程高频；或从一个可编程高频梯变成可编程低频。
低频存入profile O，高频存人profile l。
此时AD9958专门根据扫频方向(正／负)分别提供了上升步进频率控制字寄存器(RDW)和上升扫频时间控制字寄存器(RSRR)，以及与其对应的下降步进频率控制字寄存器(FDW)和下降扫频时间控制字寄存器(FSRR)，其扫频方向通过P1，P2脚单独控制，P1控制通道O，P2控制通道1，高电平表示扫频方向为正，低电平表示扫频方向为负。
给出扫频方向表示为正的线性调频脉冲信号相关公式为：
式中，SYNC_CLK为系统时钟的4分频。
对于相位编码脉冲信号，在此不给出其数学表达式，只需理解其主要是对相位的选择(0相位或180相位)即可，后边将给出编码方式为巴克码和最长线性移位码的脉冲调制信号，对于AD9958，用P0一P3引脚电平控制相位选择，高电平输出相位π，低电平输出相位0。
3 系统硬件设计
AD9958产生的雷达信号源其原理框图如图1所示。
系统主要指标参数是：脉宽为5～250μs，脉冲重复周期为0．5～10 ms，带宽为1～10 MHz，可产生简单脉冲、线性调频以及相位编码调制中频雷达信号。
其中对于线性调频信号调频斜率正负可选；对于相位编码，编码形式可选。
3．1 器件选型
DSP作为该系统的核心，采用ADI公司BLACKFIN系列的32位定点处理器ADSP—BF531，其最高系统时钟频率为400 MHz，BF531具有外围SPI接口和较多的可编程I／0引脚，对DDS控制有利。
FPGA部分可根据实际需要综合考虑性价比，系统选用Altera公司CycloneII系列的EP2C8。
系统工作时，DSP，FPGA与AD9958 3者关系为：通信参数由前端LCD显示模块控制，通过UART送至DSP以决定系统产生波形的类型及参数。
DSP中将通信参数解析计算为DDS所需的各种控制字，并通过DSP 的SPI接口打入DDS内部寄存器。
FPGA作为整个系统的时序控制器为DSP、DDS 提供参考时钟，并接收DSP通过并行总线发送的时序控制参数，以及可编程端口(GPIO)发送的波形类控制信号，根据其中的时序控制参数(包括脉冲重复周期值和脉冲宽度值)产生DSP中断信号，以中断DSP。
DSP在中断服务子程序中进行频率字的计算和发送。
下面介绍FPGA作为整个系统的时序控制器时，如何产生各种时序控制信号。
