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(多图) 基于AD9957的多波形雷达信号产生器

电子设计工程 曹义 张春荣 李辉?? 2010年09月30日 ?? 收藏0

  O 引言

  自1971年J.Tierney和C.M.Tader等人首次提出了DDS的概念,作为一种先进的信号产生技术,经过近40年的发展已经广泛应用于信号源仪器、测量分析仪器、通讯、数字信号处理、工业控制,软件无线电等领域。目前国内外有关雷达信号产生研究的报道很多,国外的研究做得比较全面:多采用软硬件相结合的设计方式,系统灵活,并满足信号实时输出的要求;设计上采用微处理器和DSP技术提高了系统的性能;采用工业标准的总线结构以及模块化设计使系统具有良好的通用性、兼容性和可扩充性。

  本文讨论的基于AD9957的多波形雷达信号产生器实现方案,融合了RS 232串口通信、FPGA和DDS等多种技术,具有数字化、多功能和可编程的特点,并在模块化设计方面做了一些探索和尝试性研究。

  1 整体方案设计

  图1为多波形雷达信号产生器的总体结构框图。系统主要由PC软件,波形控制和波形产生三部分构成。图1中各部分电路简介如下。

多波形雷达信号产生器的总体结构框图

  (1)PC软件编程。应用VC编写人机交互界面,并用其调用Matlab产生的数据。

  (2)复位电路。波形产生器的上电复位或手动复位电路,对波形产生器进行上电初始化或手动初始化。

  (3)波形数据库内存RAM。波形数据库内存存储项目要求的所有波形数据,为波形发生器提供需要的波形数据。

  (4)UART收发器。完成PC与FPGA之间的通信。

  (5)电源电路。为波形产生器、波形控制模块提供需要的电源。

  (6)波形控制模块。波形控制模块接收从接口电路输入的控制信号,按照系统的要求,完成对波形发生器的波形数据配置,输出需要的波形信号。

  (7)波形发生器。波形发生器是信号产生器的波形信号源。

  (8)FPGA器件配置与编程电路。FPGA器件配置与编程完成对FPGA器件的数据编程与配置。

  (9)时钟电路。为波形产生器和FPGA提供工作时钟。

  2 主要功能模块介绍

  2.1 数字正交上变频芯片AD9957介绍

  AD9957是美国AD公司(Analog Devices Inc.)生产的具有18位I,Q数据和通路,内置14位数/模转换器的数字正交上变频集成电路。AD9 957具有32位相位累加器;内置1 024×32 b RAM,可实现内部调制功能;内部采用1.8 V和3.3 V供电,超低功耗;内置的低噪声参考时钟倍频器允许用低成本、低频外部时钟作为系统时钟,同时仍可提供优良的动态性能。AD9957有3种工作模式:正交调制模式、单频输出模式、插值DAC模式。

  2.2 UART收发器设计

  本文中PC与FPGA内部RAM间的通信是通过UART收发器完成的。图2为通过FPGA设计的UART收发器的顶层原理图,主要由uartrx(接收模块)和uarttx(发射模块)两部分构成。在完成数据传输的同时还可以通过集成到Matlab人机界面中的串口调试程序查看FPGA接收到的数据的正确性,可以简化程序调试过程。

FPGA设计的UART收发器的顶层原理图

  2.3 波形控制模块

  目前波形控制器通常采用单片机、现场可编程门阵列器件和DSP三种方法来实现。基于系统时序控制要求、电路改动与运行可靠性、开发成本及周期等多个方面综合考虑,在设计中选择FPGA来实现波形控制电路。FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题,而且其开发周期短、开发软件投入少、可重复编程使用。图3为AD9957的波形控制模块。其中M1和MO是模式控制码,F[2..O]是工作区选择码,S_CLK为串口时钟,S_DATA为串口数据。图4为AD9957控制模块仿真时序图,从图中可以看出S_DATA和S_CLK是一一对应的。

AD9957的波形控制模块

AD9957控制模块仿真时序图

  3 软件模块化设计

  3.1 设计流程

  图5所示为目前大多采用的DDS设计流程,首先要根据系统要求进行波形数据设计,并将其以某种格式储存成文件,随后用FPGA设计软件(Quartus等)进行RAM设计,RAM的对应数据指定为设计的波形数据文件,最后利用逻辑将数据配置到DDS中。如若需要修改波形数据,就需要将上述步骤进行一次,如若多次修改,是比较繁琐的。

目前大多采用的DDS设计流程

  图6所示为本设计中采用的基带波形数据产生流程,通过在软件界面中输入波形参数,采样率等数据,通过软件算法,产生数据并将据送入FPGA内置的RAM中,在FPGA输入控制信号的控制下,将采样数据送入DDS芯片中。

本设计中采用的基带波形数据产生流程


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AD9957? 雷达? 信号产生器? DDS?

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