基于DDS的相参多普勒非线性调频中频信号源设计

引言雷达中频信号模拟器在雷达领域具有广泛的应用，可以用作频率合成器的重要组成部分，还可以作为调试检测时的模拟雷达中频回波信号的生成。

直接数字合成技术（Direct Digital Frequency Synthesis）产生于上世纪七十年代初，与传统频率合成技术相比，DDS技术具有高的输出频率分辨率、高精度、低相噪、切换频率时保持相位连续等优点[1-6]。

传统的直接频率合成和锁相频率合成（PLL）已不能满足现代雷达频率捷变、波形参数捷变等快速跳频的需求[7]。

DDS技术是一种全数字技术[2-4]，为满足现在雷达所需信号的要求，频率合成就是用一个高稳定度与高标准度的标准频率源作为参考，通过对该频率进行各项运算和滤波后得到相同稳定度和准确度的不同的频率信号，作为雷达发射的基准频率。

中频信号模拟器作为辅助调试检测雷达使用时，需要对雷达接收到的回波信号进行模拟，产生相同频率的雷达回波信号便于整个接收通道的检查，可以辅助雷达完成距离零位标定、角度零位标定、相位补偿等各项工作。

1 DDS基本工作原理图1是DDS的工作原理框图[6]，在DDS内核中作为DDS的系统时钟，N位全加器对频率控制字F和相位寄存器的N位输出值进行叠加运算[2][4]，相位寄存器后信号流向分为两路，主路与相位控制字P通过加法器再次叠加运算后生成D位的ROM表寻址地址码，通过该寻址码在ROM查找表中找出当前频率控制字F和相位控制字P所对应离散波形幅度值数据；反馈路的信号等待下一个时钟信号与下周期的频率控制字F继续叠加，实时更新。

当前系统时钟周期结束后，离散的波形幅度值数据构成了离散输出信号的波形，在DDS内核外幅度控制字A控制乘法器对输出信号的幅度值进行选取，后经DAC及低通滤波器组对信号进行D/A变换和滤波最终得到实际需要的波形信号fout。

2 中频信号模拟器的系统设计及实现2.1 核心器件的选型及主要功能DDS芯片选用成都振芯公司的GM4940，该芯片包含32位频率控制字F，16位相位控制字P，10位幅度控制字A，同时支持单点频、FSK、PSK、OSK、RAMP、混频、扫频等多种操作模式。

基于FPGA与DDS的信号源设计与实现基于FPGA与DDS的信号源设计与实现类别：电子综合目前，大多通信设备都是针对某一种或少量几种固定的通信体制、信号调制样式以及信号特征参数，例如GSM移动通信信号只有GMSK一种调制样式，其调制速率为22.8 Kbit/s，因此这类通信设备中的数字信号激励器或数字波形形成电路大多采用专用集成芯片实现。

而本文设计了一个通用的数字信号激励器，以产生所需要的各种信号调制模式的信号波形，且对每一种调制样式信号的各种特征参数能够灵活控制。

1 数学模型为了保证高性能以及灵活性，现代通信对抗干扰设备通常采用FPGA+DAC的工作模式,在一些快速复杂的应用环境下，则可采用高性能的FPGA和DSP协同工作，作为数字干扰激励器的核心，同时为保证对跳频信号或其他快速通信信号的有效干扰，频综模块通常采用DDS的频率快速合成模式。

其干扰信号产生原理可以由式(1)表示：在FPGA 中利用数字方式合成数字激励源，通过一定形式的低通滤波器或脉冲成型滤波器即可得到数字基带信号sI (n)、sQ(n)。

数字基带信号sI (n)、sQ(n)通过DAC变换为模拟基带信号sI (t)、sQ(t)，再通过上变频模块即可实现干扰信号的上变频调制。

在FPGA 中，cos(ωn)、sin(ωn)可由查找表(LUT) 的方式生成，即DDS 频率合成方式。

在现代FPGA 开发中，通常会提供一些较成熟的IP 核，因此也可以直接调用IP 核来实现在FPGA 中正弦信号的产生，其原理也是通过查找表的方式生成。

在产生正弦信号时，查找表即为一个ROM 块，通常其中存储了一个周期的正弦信号，通过对读取地址按一定步进循环取值即可产生相应的正弦信号。

查找表的存储深度和FPGA 的工作时钟决定了可以产生的正弦信号频率范围。

(1) 单音信号单音信号可以按式(2) 产生：s(t)=cos(ωt)cos(ωct)+sin(ωt)sin(ωct)=cos((ω+ωc)t) (2) 其中，sI (t)=cos(ωt)、sQ(t)=sin(ωt) 分别为I 、Q 路基带模拟信号，当ω=0 时，I 、Q 路基带模拟信号退化为直流，此时, 干扰信号即为信号载波。

基于ＤＤＳ技术的线性调频信号的生成作者：张先志来源：《现代电子技术》2008年第15期摘要：DDS是将先进的数字处理理论与方法引入频率合成的一项新技术。

VHDL作为一种硬件描述语言，用于描述硬件电路的功能、信号连接关系及定时关系，在电子工程领域得到了广泛的应用。

介绍了DDS的基本原理及其调制特性，并且利用VHDL语言编程实现了DDS,在此基础上进一步设计实现了一种基于DDS技术的线性调频信号，给出了其主要部分的仿真结果，验证了其正确性。

关键词：DDS；直接数字频率合成；调频；扫频；VHDL中图分类号：TN99 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1503002Generation of Linear Frequency Modulation Signal Based on DDSZHANG Xianzhi(Unit 63891 PLA,Luoyang,471003,China)Abstract：DDS is a new technology which advanced theory and method of digital processing into frequency synthesis.VHDL is a kind of hardware description language,it is used to describe the function of circuit hardware,the connection relationship of signal and the timing relationship.So,it is applied broadly in the field of electron engineering.The fundamental and modulation characteristics of DDS are introduced.Besides,DDS is implemented by programming in VHDL language.A sort of linear FM signal based on DDS technology is implemented.Then,simulation result of the main part of them is given,and its correctness is verificated.Keywords：DDS;direct digital frequency synthesis;FM;sweep frequency;VHDL1 DDS(直接数字式频率合成器)的基本原理直接数字频率合成是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。

基于DDS的多通道信号源设计摘要：为满足航空电子、雷达设备和通信系统等领域相对低相位噪声、稳定工作、高分辨率、快频率转换以及低功耗的通用信号源的需求，提出了一种采用高性能控制器C8051F020控制AD9959频率合成芯片的设计方法和软件设计流程，最终实现了单频点12 MHz，48 MHz和带宽30 MHz的线性调频3路信号输出，并对测试结果进行了分析。

测试结果表明，此方案设计的信号源具有频谱纯，相噪低，转换时间快等特点，可满足实际系统的需要。

关键词：直接数字频率合成；AD9959；线性调频信号；C8051F020单片机0 引言频率合成器是现代电子系统的重要组成部分，是决定电子系统性能的关键设备之一。

低相位噪声、高频谱纯度、高捷变速率和高频率分辨率的频率合成器已经成为频率合成技术发展的主要趋势。

直接数字频率合成(DDS)技术是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术，它的主要特点包括使用方便灵活，具有变频范围广，频率步进小，幅度和频率精度高，调谐方便，体积小，重量轻以及易于集成等优点，在当今电子系统中得到了广泛应用。

本文通过C8051F020单片机实现对AD9959频率合成芯片的连接控制，结合少量外围电路即构成一个完整的低噪声、低功耗、高稳定度、高可靠性的频率合成器。

本信号源的直接频率合成器将通过对单片机C8051F020的标准SPI端口编程控制AD9959芯片的寄存器，从而实现单频点12MHz，48MHz和带宽30MHz的线性调频3路相参信号输出。

1 系统方案设计与功能单元介绍1．1 系统方案设计本设计的主控芯片采用了新华龙公司的C8051F020单片机，信号产生芯片采用美国ADI公司的具有4路通道的DDS芯片AD9959，电源部分采用能提供5 V和3．3 V的稳压开关电源。

系统的设计框图如图1所示。

1．2 AD9959芯片AD9959是美国ADI公司最新推出的一款四通道、低功耗、高速直接数字频率合成器，采样频率高达500 MSPS。