摘要： 介紹了一種跟蹤雷達數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 (數字正交上變頻器) 來生成調制信號的實現方法， 同時以脈內相位編碼信號和非線性調頻信號為例， 給出了其軟件實現方法， 最后還給出了實測信號波形。
0 引言
由于微電子和數字電路的飛速發展以及武器系統速度和性能的大幅提高， 系統對雷達、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、具有任意波形輸出能力等優勢在數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、多模式的數字調制器。同時， 該電路還具有數字化， 體積小， 可在線編程等特點。
1 數字調制單元設計
1.1 工作原理
基于DDS芯片和CPLD的某雷達數字調制單元的原理框圖如圖1所示。該雷達數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、高速數模轉換器， 其核心是一個相位連續的直接數字頻率合成器(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位的數模轉換器變成模擬信號輸出， 從而實現信號的數字調制。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數據的同步時鐘。I、Q數據存儲在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數據送入AD9857。
圖1 數字調制單元框圖
1.2 串口初始化
系統加電時， 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， 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 調制數據的并行連接
AD9857 的并行接口主要由14位數據線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， 可將調制模式數據存儲在EPROM CY7C291中， A0～A13為數據地址， A14～A15為調制模式選擇。CY7C291的低14位數據D0～D13與AD9857的并行數據口連接，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 并行數據口連接電路
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基帶數據。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數據。由于并行數據流中的I、Q兩路信號是交替傳輸的， 所以， EPROM中存儲的I、Q數據如圖6所示。
圖6 0、π相位調制信號I、Q數據
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數據如圖7所示。
圖7 非線性調頻信號I、Q數據
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
通過測試數據說明， 本文所述的數字調制系統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， 便于系統集成。該系統目前已應用于某跟蹤雷達系統， 使用證明， 其設計可以滿足整機要求， 使用效果良好。