三角線性調頻連續(xù)波體制在汽車防撞雷達中應用廣泛[1],，其基本工作原理是：雷達發(fā)射線性調頻的連續(xù)波信號,，目標的回波在混頻器中與本振混頻，得到相位相差90°的I,、Q兩路正交視頻信號,，視頻信號經過放大后進行AD采樣，然后經過數字信號處理算法,，即可得到目標的距離和速度信息,。本文基于DSP的SPORT口，選用凌特公司的雙路串行ADC,，設計了線性調頻連續(xù)波雷達視頻信號I,、Q正交雙路的采樣電路，并通過實驗對采樣結果進行了分析,。

1 三角線性調頻連續(xù)波雷達視頻信號特征分析
    三角線性調頻連續(xù)波雷達（LFMCW）的載頻在調制周期內線性變化,，根據回波和發(fā)射信號之間的差頻的變化來測距[2],，圖1表示了三角線性調頻發(fā)射信號和回波信號的時頻圖。

    在圖1中,，實線表示三角調頻的發(fā)射信號,，長虛線表示靜止目標回波，點虛線表示動目標回波,。靜止目標的回波混頻后,，在三角調頻上升段和下降段得到的差頻信號的頻率均為Δf，動目標的回波信號差頻在三角調頻的上升段頻率最大值為?駐f-fd,，下降段最大值為?駐f+fd,。通過測量上升段和下降段的視頻信號的頻率值，就可以求出?駐f和fd,。?駐f即為與目標距離延遲有關的調頻信號的頻率變化,，fd則包含了目標的多普勒信息。根據公式（1）得到目標的距離,，根據公式（2）得到動目標的速度,。
  
其中，Tc為三角波上升段的時間,，c為光速,，B為調頻帶寬,。
    目標回波和發(fā)射信號混頻得到視頻信號頻率在上升段和下降段有正負之別,，因此，接收機采用正交雙通道結構,，對混頻后的I,、Q兩路視頻信號進行數字化采樣，根據公式就可得到目標的距離和速度數據,。
    在汽車防撞系統中,，為了保障行車的安全，通常需要觀察汽車前方1 m~200 m范圍內的目標,。設發(fā)射信號的帶寬B=300 MHz,，三角調頻的上升時間為2 ms，則根據公式（1）可知,，在防撞系統中,，常用的視頻信號頻率范圍為1 kHz~200 kHz。
2 串行DAC采樣電路設計
    LTC1407A-1是14 bit的雙路串行DAC,，±1.25 V差分電壓輸入,，3線串行數據接口，每路的采樣速率可以達到1.5 MS/s,。根據采樣定理,，采樣的頻率必須大于信號頻率的兩倍[3],，根據以上分析可知，此ADC可以滿足系統的要求,。
    差分輸入,、數模轉換電路圖如圖2所示。其中,，輸入端J2和J3為SMA接頭,，配有50 ?贅的匹配電阻，輸入電壓峰峰值最大為2.5 V,；CH0+,、CH0-和CH1+、CH1-分別為兩路信號的正交輸入,，通過電容耦合,，對低頻成分有一定的抑制作用；CONV為轉換開始信號,；SCK為轉換位時鐘輸入,；SDO為32 bit的串行數據輸出， VREF是片內2.5 V片內參考電壓,，為了更好地噪聲抑制,，通常接一個10 μF的鉭電容或瓷片電容。
    LTC1407A-1在CONV信號端口的上升沿的作用下,，同時對兩路-1.25 V～1.25 V的差分輸入電壓信號實現最高頻率為1.5 MS/s的數字化采樣,。當CONV信號端口出現上升沿時，DAC開始對兩路差分輸入進行采樣,，并鎖存在片內的寄存器中,。在每個位時鐘SCK的上升沿，將轉換好的兩路數據以32 bit串行數據的形式輸出,，每個通道16 bit數據,，數據位由高到低，CH0在前,，CH1在后,，并且每個通道16 bit數據的高2位無效。
    用Multisim軟件對CH+處進行交流分析,，得到該點處的幅頻特性曲線,，如圖3所示。由幅頻特性曲線分析得到,，高通濾波的截止頻率為157 Hz,。

    串行數據接收以DSP為核心，完成I,、Q兩個支路信號的同步接收,，DSP選用Blackfin系列定點DSP BF533,。BF533提供2個雙通道同步串行端口(SPORT0和SPORT1)來完成串行和多處理器的通信工作。每個SPORT有兩套獨立的發(fā)送和接收引腳,，能夠在接收同步信號和位時鐘的作用下,，完成串行數據的接收和發(fā)送；每個SPORT都支持3 bit～32 bit長度的串行數據,，能夠鏈接或串接SPORT和存儲器之間的多個DMA序列,；完成數據傳輸或者傳輸完整個數據緩沖區(qū)或通過DMA緩沖之后，每個發(fā)送和接收端口都能產生一個中斷,。用DSP的Timer端口產生時鐘信號,，經過CPLD分頻產生采樣DAC和SPORT端口的同步時鐘和位時鐘，將SPORT端口的數據位和DAC的數據位相連,，如圖4所示,。

      SPORT端口配置為外部同步和外部時鐘，DMA傳輸數據,，同步信號高電平有效,，每次接收的數據長度為32 bit。ADC串行數據的發(fā)送以位時鐘的上升沿為基準,，且高位在前,，所以SPORT端口配置為位時鐘的下降沿采集同步信號的狀態(tài)和數據位的狀態(tài)，優(yōu)先接收高位數據,。ADC在CONV信號的作用下,，將采樣的I、Q兩路信號由模擬量轉換為數字量,，并在時鐘的作用下串行輸出,。DSP的SPORT口在同步信號和位時鐘的作用下完成32 bit串行數據的接收,，并在DSP內部將32 bit的數據轉換為兩個有效位數為14的數據,。
3 實驗驗證
    由DSP的SPORT1端口產生400 kHz的采樣同步時鐘，對DAC的兩個支路同時輸入頻率為10 kHz,、幅度為1 V的同一個正弦信號,，用DSP接收32 bit的串行數據，并且在DSP內部將32 bit的數據按照DAC發(fā)送數據的順序轉換為兩個高14 bit有效的“short int”型數據,，將采集的數據在DSP程序開發(fā)軟件Visual DSP++中繪出,，得到結果如圖5所示?？梢钥闯鰞陕凡蓸拥慕Y果完全相同,，其頻率都為10 kHz，從而驗證了采樣電路的正確性,。

    由分析Multisim軟件的結果可知,，采樣電路對低頻信號有明顯的抑制作用（為低通濾波電路）,。為了分析低通濾波的幅頻特性，對I/Q支路輸入正弦信號,，當輸入信號頻率為6 kHz時,，CH0+處正弦信號的峰峰值為1 V，逐漸減小輸入正弦信號的頻率并同時采樣,，采樣得到各個頻率點正弦信號最大值,，將信號的頻率點和各個頻率點采樣值相對6 kHz正弦信號采樣值的衰減在Matlab中繪出，得到圖6,。從圖中的測量結果知道,，采樣電路的濾波網絡的下限頻率為290 Hz。

    線性調頻連續(xù)波雷達的回波需要一個周期才能得到一次結果,，數據率較低,，對采樣的速度要求不是很高。本文設計的采樣電路,，能夠實現視頻信號I,、Q正交兩路信號的同步采樣，為后續(xù)的雷達信號處理算法奠定了基礎,。
參考文獻
[1] 張大彪,，于化龍.基于LabVIEW的汽車防撞報警系統的 設計[J].計算機工程與應用，2008,，44(21)：54-63.
[2] 王良,，馬彥恒，何強,，等.LFMCW雷達距離-速度耦合特性分析[J].科學技術與工程,，2009，9(14)：4171-4174.
[3] 胡廣書.數字信號處理(第二版)[M].北京：清華大學出版社,，2003.