1 引言
雷達(dá)回波模擬在雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),、改進(jìn)和定型中具有十分重要的意義,。AD9856是美國(guó)ADI生產(chǎn)的正交數(shù)字上變頻器，其內(nèi)部集成了1個(gè)高速直接數(shù)字頻率合成器(DDS),、1個(gè)12位高速,、高性能數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘倍頻電路,、數(shù)字濾波器及其他數(shù)字信號(hào)處理功能模塊,。它具有低成本、低功耗,、體積小,、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，可以處理來自DSP的成型后的基帶抽樣值序列,，將其上變頻變?yōu)橹蓄l,，產(chǎn)生雷達(dá)回波的中頻模擬信號(hào)。AD9856可以應(yīng)用在通信和雷達(dá)等系統(tǒng)中,。
2 AD9856的工作原理
2.1 AD9856的基本功能
AD9856的基本特性和技術(shù)指標(biāo)如下：
●+3V單電源供電,；
●直流到80MHz的輸出帶寬；
●在40MHz輸出頻率下具有大于52dB的SF-DR,，在70MHz輸出頻率下,，SFDR大于48dB，在70MHz輸出頻率下的窄帶SFDR大于80dB,；
●有采樣率可編程的內(nèi)插濾波器,；
●有可編程的參考時(shí)鐘倍頻器；
●有內(nèi)置的Sinx/x補(bǔ)償濾波器,；
●有雙向控制總線接口,；
●支持突發(fā)和持續(xù)Tx二種模式
；
●單頻模式可用于直接頻率合成,。
2.2 AD9856的原理及各部分的功能
(1)數(shù)據(jù)復(fù)合和串并轉(zhuǎn)換
AD9856的結(jié)構(gòu)如圖1所示,。AD9856內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式是12bit的二進(jìn)制補(bǔ)碼?；鶐盘?hào)的I,、Q2路數(shù)據(jù)是交替輸入的,，數(shù)據(jù)復(fù)合器需對(duì)輸人數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，將其轉(zhuǎn)換成I,、Q2路并行數(shù)據(jù)流,，送往下一級(jí)電路。
(2)半帶濾波器(HBF)
半帶濾波器(HBF)分為3級(jí)：HBFl,、HBF2和HBF3,。其中HBFI是47階濾波器，HBF2是15階濾波器,，前2級(jí)HBF的聯(lián)合內(nèi)插損失僅為0.01dB,，HBF3是可選11階濾波器，它對(duì)信號(hào)的損耗為0.03dB,。每級(jí)HBF可使數(shù)據(jù)的采樣率提高1倍,，為了使信號(hào)頻帶處于濾波器通帶的平坦部分，需要提高HBF的截止頻率,，也就是說在數(shù)據(jù)輸入AD9856之前要進(jìn)行過采樣,。
(3)級(jí)聯(lián)積分梳狀濾波器
AD9856的CIC實(shí)際上是可編程的過采樣濾波器，過采樣率的范圍是2≤R≤63,。隨著R的改變,， CIC會(huì)引入不同的插入損耗。為了彌補(bǔ)這種損耗,。用戶可以設(shè)置CIC增益位,，使得CIC的輸出增大1倍。但在這種工作模式下,，必須確保輸出信號(hào)不會(huì)溢出,。
(4)正交調(diào)制
AD9856的正交調(diào)制就是將基帶信號(hào)的頻譜移到所需要的載波頻率上，即通常所說的上變頻,。正交調(diào)制所需要的余弦和正弦2路數(shù)字載波由1個(gè)高速直接數(shù)字信號(hào)合成器(DDS)產(chǎn)生,，其頻率可以通過設(shè)置相應(yīng)的寄存器來控制。這2路數(shù)字載波分別與CIC輸出的I,、Q數(shù)據(jù)相乘,，然后再進(jìn)行相加或相減，即得到調(diào)制后的數(shù)字中頻信號(hào),。CIC輸出的I,、Q數(shù)據(jù)的采樣率與DDS數(shù)字載波的采樣率是相同的，也就是AD9856的系統(tǒng)時(shí)鐘采樣率(SYSCLK),。所以,，調(diào)制后的信號(hào)實(shí)際上是一組采樣率為SYSCLK的數(shù)據(jù)流。
(5)數(shù)/模轉(zhuǎn)換
調(diào)制后的數(shù)字信號(hào)要經(jīng)過12位的DAC轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),。DAC通過零階保持實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換,。由于存在零階保持效應(yīng),，所以其輸出信號(hào)的頻譜實(shí)際上是被SINC包絡(luò)加權(quán)過的。因此需要在DAC前面加上1個(gè)反SINC型濾波器(ISF)對(duì)輸人數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理,，以校正SINC包絡(luò)造成的失真,。而數(shù)/模轉(zhuǎn)換會(huì)在n*SYSCLK±fCARRIER(n=1,，2,，3)處產(chǎn)生干擾信號(hào)，這些干擾信號(hào)可以通過1個(gè)外接RLC濾波器濾除,。一般情況下,，使用1個(gè)7階橢圓低通濾波器即可。AD9856提供2路互補(bǔ)的2個(gè)電流輸出,，輸出電流的滿額值IOUT范圍是5mA～20mA,，可以通過其25引腳的DAC RSET，來設(shè)置,。其關(guān)系為 RSET="39".936/IOUT
(6)控制單元
AD9856提供了1個(gè)靈活的同步串行通信接口,，這個(gè)接口可以讀寫，AD9856的所有寄存器,?？刂茊卧鶕?jù)各個(gè)寄存器的內(nèi)容設(shè)置AD9856的工作模式。AD9856還提供了1個(gè)與AD8320(可編程電纜驅(qū)動(dòng)放大器)串行通信的接口,?？刂茊卧梢酝ㄟ^這個(gè)串口直接設(shè)置AD8320的增益。
(7)輸入數(shù)據(jù)模式
AD9856提供了二種輸人數(shù)據(jù)的時(shí)序模式：突發(fā)模式和連續(xù)模式,。在突發(fā)模式下．AD9856通過TxENABLE的上升沿來保持與輸人數(shù)據(jù)的同步,。突發(fā)模式支持全部3種字長(zhǎng)(12bit、6bit和3bit),。對(duì)于連續(xù)模式,，TxENABLE可以看成輸入數(shù)據(jù)時(shí)鐘。該信號(hào)除了用來同步外,，還可以指示輸入數(shù)據(jù)是I路還是Q路(1表示I路,，O表示Q路)。連續(xù)模式只支持12bit字長(zhǎng),。圖2和圖3分別示出二種輸入模式的時(shí)序關(guān)系,，其中INTERNAL I和INTERNAL Q為數(shù)據(jù)分離所產(chǎn)生的并行I和Q數(shù)據(jù)流。
3 在PD雷達(dá)回波模擬器中的應(yīng)用
3.1 硬件組成
本系統(tǒng)由ADI的QDU AD9856,、DGA AD8369,、TSl01型DSP及Altera公司的EP1K30型FPGA組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示,。
在圖4中,，TS101產(chǎn)生正交I和Q2路雷達(dá)回波數(shù)據(jù),，TSl0l通過外部總線將AD9856和AD8369的配置信息寫入EP1K30。由于AD9856要求的配置信息是串行寫入的,，因此,，需在EP1K30內(nèi)將TS101送出的并行指令變?yōu)榇兄噶睿凑誂D9856時(shí)序要求送入AD9856,。將AD9856配置好后,，TSl01以DMA方式將正交I和Q2路雷達(dá)回波數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線送至AD9856，AD8369將AD9856產(chǎn)生的中頻模擬信號(hào)放大后,，送入下一級(jí)電路處理,。
3.2 AD9856串口操作
同步串口包括CS、SYNC I/O,、S
CLK,、SDIO和SDO 5條信號(hào)線。其中,，CS為低有效串口使能信號(hào),；SYNC I/O為串口同步恢復(fù)信號(hào)，當(dāng)串口失去同步后,，可在SYNC I/O上加1個(gè)正脈沖使串口恢復(fù)初始狀態(tài),；SCLK為串口的數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)；SDIO為雙向數(shù)據(jù)線,，當(dāng)串口置于雙線(SCLK和SDIO)方式時(shí),，SDIO為雙向數(shù)據(jù)線。當(dāng)置于3線(SCLK,、SDIO和SDO)模式時(shí)．其輸出功能由SDO替代,。對(duì)串口的操作有嚴(yán)格的時(shí)序要求，1個(gè)串口通信周期為指令周期和數(shù)據(jù)讀寫周期,。在初始狀態(tài),，串口等候SCLK(上的8個(gè)上升沿指示的8bit指令，然后進(jìn)行由指令設(shè)定的1-4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)讀寫,，讀串口由SCLK下降沿指示,，而寫串口由SCLK上升沿指示。完成后又等待下1個(gè)周期的到來,。
根據(jù)串口寫時(shí)序要求設(shè)計(jì)控制電路,，在FPGA中實(shí)現(xiàn)AD9856的串口操作，對(duì)AD8369的控制也在此電路中實(shí)現(xiàn),?？刂齐娐返脑砜驁D如圖5所示。
用FPGA將DSP輸出的并行指令變換為串行,，指令的轉(zhuǎn)換時(shí)必須注意以下幾點(diǎn)：
(1)串口支持MSB在前和LSB在前二種格式,，通過寄存器O的第6位設(shè)置,，并且對(duì)該位的設(shè)置是立即有效的。即如果當(dāng)前操作對(duì)該位進(jìn)行修改,，則下1個(gè)字節(jié)的傳輸就會(huì)采用新的格式,。
(2)對(duì)多字節(jié)傳輸?shù)耐ㄐ胖芷冢绻鸐SB在前,，寄存器地址遞減,；如果LSB在前，寄存器地址遞增,。
(3)外部控制器必須與AD9856同步,，如果失去同步,?？捎蒘YNC I/O重新產(chǎn)生同步，不必對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行復(fù)位,。
通過AD9856的串口設(shè)置好工作參數(shù)后,，TS101以DMA方式將正交的I和Q2路數(shù)據(jù)交替送入AD9856得到正交上變頻后的模擬信號(hào)。
4 結(jié)束語
本系統(tǒng)利用AD9856實(shí)現(xiàn)正交上變頻,，模擬了雷達(dá)回波波形,，達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，在實(shí)際工程中運(yùn)行良好,。此外,，此系統(tǒng)還可以產(chǎn)生通信中常用的2ASK、2FSK和2PSK等信號(hào),，試驗(yàn)證明其效果良好,。