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可编程模拟雷达信号源的设计

时间:2015-05-22 14:19:42  来源:  作者:

摘要:设计了一种可通过软件灵活控制的模拟雷达信号源,采用Silicon公司C8051F340微处理器芯片,控制直接数字频率合成芯片AD9858输出模拟雷达信号。文中说明了电路设计结构和软件设计方法,并对信号源的性能进行了可行性验证。
关键词:雷达信号;直接数字频率合成;AD9858;C8051F340

在数字波形产生技术中,由于直接数字频工字型电感率合成(DDS)技术具有多种优点,已在军事和民用领域得到广泛应用,通过基于DDS的各种波形产生技术,再结合控制程序,就可实现任意信号波形的产生。

1 总体设计框图
由于DDS芯片AD9858的工作频率可达1 GHz,可输出450 MHz的信号,因此选择它来产生雷达信号。而要实现雷达信号的快速转换与脉冲的占电感生产厂家空比控制,就需要采用速度较快的控制芯片,因单片机C8051F340最高运行速度可达到48 MHz,又采用流水线工作方式,执行一条指令只需20 ns,速度可以满足需求。DDS芯片要输出信号,必需要2倍于输出信号的参考信号,这里选用了美国国家半导体公司的LMX2531芯片,它集成了PLL、VCO和超低噪声和高精度的LDO,输入40MHz的震荡信号,通过单片机设置其内部的寄存器,便可输出稳定的1 GHz信号作为AD9858的参考信号。

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2 信号源硬件电路设计
2.1 控制电路设计
本系统控制芯片采用Silicon公司的C805117340微控制器。它具有高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核(可达48 MI·s-1),精确校准的12 MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器,通用串行总线(USB)功能控制器,有8个灵活的端点管道,集成收发器和1 kB FIFO RAM,64 kB的片内Flash存储器,硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口4个通用的16位定时器,具有5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA)片内上电复位、VDD监视器和时钟丢失检测器多达40个端口I/O。采用它可以对AD9858芯片及LMX2531相应的设置。
具体的设计与引脚连接如图2所示。P0.0~P0.4分别接LMX2531的DATA,CLK,LE,CE。P1.2~P1.7接AD9858的控制引脚,P2.0~P3.5接DDS的8位数据线和6位地址线。

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2.2 DDS信号产生单元电路
采用AD8958产生模拟雷达信号,参考时钟采用1 GHz振荡信号,由LMX2531提供,接到AD9858的33脚与34脚。图3所示为AD9858的外围电路连接图。采用C8051F340对其内部频率、相位寄存器进行设置,以输出所需信号。

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2.3 参考信号产生电路
为了使DDS芯片AD958输出高频信号,必须给其高频率的精准参考时钟。而LMX2531芯片可以满足需求。
LMX2531是低供电,高性能频率合成器,它完整地集成了PLL和VCO电路。同时内部集成的低噪声、高精度的低压差稳压器LDO,使得系统具有更高的噪声抑制性能和稳定性。当与高质量参考晶振配合使用时,可产生稳定、低噪声的本地振荡信号。LMX2531是单块集成电路,采用先进的BICMOS制作工艺。LMX2531有几种不同型号,分别用于不同的频率段。该芯片采用三线Microwire接口方式使得编电感器生产厂家程更容易,接口操作电压低到1.8 V。电源供电范围2.8~3.2 V。LMX2531为36个引脚(6 mm×6 mm×0.8 mm)无铅LLP封装。可减小PCB板的尺寸,所以采用它来产生电路的参考时钟。LMX2531的外围电路如图4所示。

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2.4 上位机控制软件
本电路通过上位机软件与单差模电感器片机通信,灵活控制产生模拟雷达信号的载频、脉宽、重频。采用VC6.0软件设计制作上位机控制软件,界面如图5所示。可以产生丰富多样的雷达信号。例如单载频脉冲信号、频率捷变信号、频率跳变信号、重频变化信号、脉宽变化信号,还可以产生线性调频信号和相位编码信号。另外,还可以产生模拟的雷达干扰信号,如噪声调频信号和随机挖空信号。

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