摘要： 介紹了一種跟蹤雷達數(shù)字化多模式調制單元的設計方案， 給出了使用CPLD和DDS芯片AD9857 (數(shù)字正交上變頻器) 來生成調制信號的實現(xiàn)方法， 同時以脈內相位編碼信號和非線性調頻信號為例， 給出了其軟件實現(xiàn)方法， 最后還給出了實測信號波形。
0 引言
由于微電子和數(shù)字電路的飛速發(fā)展以及武器系統(tǒng)速度和性能的大幅提高， 系統(tǒng)對雷達、導航、電子測量等領域內設備的頻率范圍、分辨率、頻率轉換時間、信號形式多樣化等指標也提出了更高的要求。DDS (直接數(shù)字合成) 技術以其極高的頻率分辨率(幾微赫量級)、極短的頻率轉換時間(幾納秒級)、相對帶寬較寬、輸出相位連續(xù)、具有任意波形輸出能力等優(yōu)勢在數(shù)字調制電路中得到了廣泛應用。
本文介紹用于某跟蹤雷達中的數(shù)字調制單元的應用設計方案。該方案采用DDS與CPLD相結合的方法， 并通過軟件加載來產生各種信號， 從而構成靈活可變的多頻率、多模式的數(shù)字調制器。同時， 該電路還具有數(shù)字化， 體積小， 可在線編程等特點。
1 數(shù)字調制單元設計
1.1 工作原理
基于DDS芯片和CPLD的某雷達數(shù)字調制單元的原理框圖如圖1所示。該雷達數(shù)字調制單元的設計以AD9857為核心， AD9857是AD公司推出的一種高性能通用正交數(shù)字上變頻器， 其內部集成了半帶濾波器、CIC濾波器、反SINC濾波器、高速數(shù)模轉換器， 其核心是一個相位連續(xù)的直接數(shù)字頻率合成器(DDS)。在正交調制模式下， 該DDS可接受串口輸入的頻率控制字， 其控制產生的正交本振信號與基帶I、Q信號相乘后再相加，即可產生正交調制信號， 最后通過14位的數(shù)模轉換器變成模擬信號輸出， 從而實現(xiàn)信號的數(shù)字調制。該電路中CPLD首先通過AD9857的串口將各種控制字寫入內部寄存器， 以實現(xiàn)對AD9857的初始化， 串口時鐘使用外部10MHz晶振， 初始化完成后， AD9857輸出的PDCLK信號可作為I、Q數(shù)據(jù)的同步時鐘。I、Q數(shù)據(jù)存儲在EPROM中，CPLD中的地址產生單元以PDCLK信號作為基準來產生相應的地址， 并將EPROM中的I、Q數(shù)據(jù)送入AD9857。
圖1 數(shù)字調制單元框圖
1.2 串口初始化
系統(tǒng)加電時， CPLD便可對AD9857進行初始化。初始化可通過AD9857的串口將各種控制字寫入內部寄存器來實現(xiàn)， 串口時鐘使用外部10MHz晶振， 其串口連接關系如圖2所示。
圖2 串口連接電路
編寫軟件可采用MAX+PLUS II作為平臺， 采用模塊化的方式， 并結合VHDL和原理輸入方式來完成， 初始化模塊的原理圖符號如圖3所示。
圖3 初始化仿真符號
圖4所示是初始化部分的MAX+PLUS II仿真結果。
圖4 初始化仿真結果
1.3 調制數(shù)據(jù)的并行連接
AD9857 的并行接口主要由14位數(shù)據(jù)線D0～D13、時鐘信號PDCLK、傳輸使能Txenable組成。
為了使該電路具有多種調制模式， 可將調制模式數(shù)據(jù)存儲在EPROM CY7C291中， A0～A13為數(shù)據(jù)地址， A14～A15為調制模式選擇。CY7C291的低14位數(shù)據(jù)D0～D13與AD9857的并行數(shù)據(jù)口連接，時鐘信號由AD9857的PDCLK引腳提供。其并行連接關系如圖5 所示。
圖5 并行數(shù)據(jù)口連接電路
2 調制信號的生成
2.1 相位編碼調制信號的生成
通常任意已調信號可以表示為:
若令： I (n) =cosФ (n)， Q (n) =- sinΦ (n)，則I (n)、Q (n) 即是已調信號對應的I、Q基帶數(shù)據(jù)。該跟蹤雷達使用0、π相位編碼信號， 在式(1) 中： 若I (n) =0， Q (n) =FFH (低8位全是1)，則： S (n) = sin (ω0n)； 若I (n) =FFH (低8位全是1)， Q (n) =0， 則S (n) =cos (ω0n)。
生成相位相差π的相同頻率的正弦波， 即可得到0、π相位調制信號對應的I、Q數(shù)據(jù)。由于并行數(shù)據(jù)流中的I、Q兩路信號是交替?zhèn)鬏數(shù)模?所以， EPROM中存儲的I、Q數(shù)據(jù)如圖6所示。
圖6 0、π相位調制信號I、Q數(shù)據(jù)
為了快捷地控制頻率， 可在AD9857中將不同的頻率控制字存儲在不同的Profile中， 然后用外部信號控制PS1、PS0引腳的切換， 從而實現(xiàn)不同中心頻率信號的快速生成。
2.2 非線性調頻信號
在非線性調頻模式中(計算方式類同3.1.2)使用的基帶I、Q數(shù)據(jù)如圖7所示。
圖7 非線性調頻信號I、Q數(shù)據(jù)
Txenable信號為占空比為10%的脈沖信號，可作為外部脈沖控制的輸入信號。所產生的非線性調頻信號的頻譜如圖8所示。圖中的非線性調頻信號的中心頻率為30 MHz， 帶寬為1.5 MHz。
圖8 非線性調頻信號頻譜圖
3 結束語
通過測試數(shù)據(jù)說明， 本文所述的數(shù)字調制系統(tǒng)可產生多種形式的調制信號， 并可在脈沖間切換， 而且體積小， 便于系統(tǒng)集成。該系統(tǒng)目前已應用于某跟蹤雷達系統(tǒng)， 使用證明， 其設計可以滿足整機要求， 使用效果良好。