基于CPLD和AD9857的数字化多模式调制单元设计

        0 引言

　　由于微电子和数字威廉希尔官方网站 的飞速发展以及武器系统速度和性能的大幅提高， 系统对雷达、导航、电子测量等领域内设备的频率范围、分辨率、频率转换时间、信号形式多样化等指标也提出了更高的要求。DDS （直接数字合成） 技术以其极高的频率分辨率（几微赫量级）、极短的频率转换时间（几纳秒级）、相对带宽较宽、输出相位连续、具有任意波形输出能力等优势在数字调制威廉希尔官方网站 中得到了广泛应用。

　　本文介绍用于某跟踪雷达中的数字调制单元的应用设计方案。该方案采用DDS与CPLD相结合的方法， 并通过软件加载来产生各种信号， 从而构成灵活可变的多频率、多模式的数字调制器。同时， 该威廉希尔官方网站 还具有数字化， 体积小， 可在线编程等特点。

　　1 数字调制单元设计

　　1.1 工作原理

　　基于DDS芯片和CPLD的某雷达数字调制单元的原理框图如图1所示。该雷达数字调制单元的设计以AD9857为核心， AD9857是AD公司推出的一种高性能通用正交数字上变频器， 其内部集成了半带滤波器、CIC滤波器、反SINC滤波器、高速数模转换器， 其核心是一个相位连续的直接数字频率合成器（DDS）。在正交调制模式下， 该DDS可接受串口输入的频率控制字， 其控制产生的正交本振信号与基带I、Q信号相乘后再相加，即可产生正交调制信号， 最后通过14位的数模转换器变成模拟信号输出， 从而实现信号的数字调制。该威廉希尔官方网站 中CPLD首先通过AD9857的串口将各种控制字写入内部寄存器， 以实现对AD9857的初始化， 串口时钟使用外部10MHz晶振， 初始化完成后， AD9857输出的PDCLK信号可作为I、Q数据的同步时钟。I、Q数据存储在EPROM中，CPLD中的地址产生单元以PDCLK信号作为基准来产生相应的地址， 并将EPROM中的I、Q数据送入AD9857。

　　

　　图1 数字调制单元框图

　　1.2 串口初始化

　　系统加电时， CPLD便可对AD9857进行初始化。初始化可通过AD9857的串口将各种控制字写入内部寄存器来实现， 串口时钟使用外部10MHz晶振， 其串口连接关系如图2所示。

　　

　　图2 串口连接威廉希尔官方网站

　　编写软件可采用MAX+PLUS II作为平台， 采用模块化的方式， 并结合VHDL和原理输入方式来完成， 初始化模块的原理图符号如图3所示。

　　

　　图3 初始化仿真符号

　　图4所示是初始化部分的MAX+PLUS II仿真结果。

　　

　　图4 初始化仿真结果

　　1.3 调制数据的并行连接

　　AD9857 的并行接口主要由14位数据线D0～D13、时钟信号PDCLK、传输使能Txenable组成。

　　为了使该威廉希尔官方网站 具有多种调制模式， 可将调制模式数据存储在EPROM CY7C291中， A0～A13为数据地址， A14～A15为调制模式选择。CY7C291的低14位数据D0～D13与AD9857的并行数据口连接，时钟信号由AD9857的PDCLK引脚提供。其并行连接关系如图5 所示。

　　

　　图5 并行数据口连接威廉希尔官方网站

　　2 调制信号的生成

　　2.1 相位编码调制信号的生成

　　通常任意已调信号可以表示为：

　　

　　若令： I （n） =cosФ （n）， Q （n） =- sinΦ （n），则I （n）、Q （n） 即是已调信号对应的I、Q基带数据。该跟踪雷达使用0、π相位编码信号， 在式（1） 中： 若I （n） =0， Q （n） =FFH （低8位全是1），则： S （n） = sin （ω0n）； 若I （n） =FFH （低8位全是1）， Q （n） =0， 则S （n） =cos （ω0n）。

　　生成相位相差π的相同频率的正弦波， 即可得到0、π相位调制信号对应的I、Q数据。由于并行数据流中的I、Q两路信号是交替传输的， 所以， EPROM中存储的I、Q数据如图6所示。

　　

　　图6 0、π相位调制信号I、Q数据

　　为了快捷地控制频率， 可在AD9857中将不同的频率控制字存储在不同的Profile中， 然后用外部信号控制PS1、PS0引脚的切换， 从而实现不同中心频率信号的快速生成。

　　2.2 非线性调频信号

　　在非线性调频模式中（计算方式类同3.1.2）使用的基带I、Q数据如图7所示。

　　

　　图7 非线性调频信号I、Q数据

　　Txenable信号为占空比为10%的脉冲信号，可作为外部脉冲控制的输入信号。所产生的非线性调频信号的频谱如图8所示。图中的非线性调频信号的中心频率为30 MHz， 带宽为1.5 MHz。

　　

　　图8 非线性调频信号频谱图

　　3 结束语

　　通过测试数据说明， 本文所述的数字调制系统可产生多种形式的调制信号， 并可在脉冲间切换， 而且体积小， 便于系统集成。该系统目前已应用于某跟踪雷达系统， 使用证明， 其设计可以满足整机要求， 使用效果良好。