以直接數字頻率合成為基礎的線性調頻脈沖信號技術

山東康泰實業有限公司 周長偉

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以直接數字頻率合成為基礎的線性調頻脈沖信號技術

山東康泰實業有限公司 周長偉

【摘要】近年來，數字信號處理技術的革新，為直接數字頻率合成技術提供了更加廣闊的應用空間。其以數字電路為前提實現頻率合成。大規模數字可編程芯片的出現和應用，簡化了模擬電路頻率合成技術對相位和頻率的控制流程，使其更加精確。筆者著重對基于直接數字頻率合成技術的線性調頻脈沖信號技術進行論述，為其提供理論基礎。

【關鍵詞】直接數字頻率合成；線性調頻脈沖信號；DOM查找表

1　引言

頻率合成技術是指通過信號處理技術對相關參考頻率進行處理，生成具有同等穩定優勢和準確度優勢的離散頻率。通過晶體振蕩器能夠產生參考頻率，而合成的離散頻率和參考頻率又具有一定相關度。應用頻率合成技術能夠提升頻率源的性能，進而實現雷達、電子對抗和儀器儀表等系統性能的優化。直接數字頻率合成技術以其全數字化結構和集成、功耗、體積、重量和可靠性等方面的優勢，逐漸被應用到線性調頻脈沖信號中。

2　直接數字頻率合成技術的基本工作原理

2.1DDS的基本構造

直接數字頻率合成包括外部器件和內部器件兩大部分。內部器件又包括相位累加器和正余弦查找表。技術人員要加入包括數模轉換器和低通濾波器的外圍器件，以實現模擬波形的輸出。同時，技術人員也可以應用DDS+PLL的頻率合成模式，確保直接數字頻率合成輸出的規整性。

2.2DDS的基本工作流程

首先，依據所要輸出的頻率對頻率控制字進行確定。其次，按照相關要求對頻率控制字進行循環累加。第三，對初始相位和相位寄存器鎖存相位信息進行疊加。第四，對相位信息的高位ROM尋址地址進行截斷。第五，通過DAC使ROM輸出的數據形成模擬量波形。第六，經過低通濾波的作用使DAC輸出的階梯形波形轉化為低通濾波[1]。

參考頻率源，即fc，其一般為穩定性比較高的晶體振蕩器。被應用到直接數字頻率合成中，實現各部件的同步工作。將輸出與晶體振蕩器同等穩定度的合成信號頻率。基于標準頻率參考源背景，頻率控制字K能夠對相關相位增量進行確定，而相位累加器也可以通過步長M實現線性累加。當相位累加器達到一定的度就會溢出，說明其已經完成一個周期性動作，其即為直接數字頻率合成信號的一個周期。一般N位相位累加器的最大值和最小值分別為2N-1和0，其最終輸出信號頻率能夠用公式表示為：

因為受限于實際應用，所得值M經常會存在相應的誤差。技術人員可以只保留K的整數部分，確保其最終輸出信號頻率誤差不超過頻率分辨率。如果應用四舍五入的方法對M的小數部分進行處理，則能夠確保頻率誤差不超過頻率分辨率的一半。其應用過程中涉及到的相位累加器和ROM查找表分別為32位和10位。

直接數字頻率合成技術的應用原理是對信號幅度、頻率和相位參數等相關原理進行確定，進而生成與之相關的信號波形。或者給定輸入時鐘和頻率控制字K，并對與之相關的正弦信號進行輸出。直接數字頻率合成技術是以全數字結構為基礎進行應用的，因此其具有獨特的應用優勢[2]。

輸出頻率：

其中：fout是輸出頻率，fc是采樣時鐘，N為相位累加器位寬，M為頻率控制字。

技術人員可以將正余弦查找表的深度假設為1024，采樣時鐘假設為100MHz，則輸出一個完整的ROM表正余弦信號的頻率是。進而得到理論輸出的最大頻率50MHz。表明，直接數字頻率合成基礎的帶寬受到采樣率影響。下一周期初始相位會受到正余弦查找表相位截斷的影響，技術人員可以應用DDS+PLL合成技術優勢彌補直接數字頻率合成技術的不足，進而提升整體應用質量。PLL鎖相環能夠將采樣時鐘倍頻到相應的程度，進而使波形相位問題得到良好的優化和解決。

3　直接數字頻率合成技術的實現

借助FPCA對內部器件進行實現。由于受到采樣率的制約和限制，使FPGA不能達到相應的頻率。技術人員可以應用四路同步采樣方式，對工作時鐘進行降低和控制，進而對四路信號進行合并，使其成為一路完整的信號進行輸出。

可以應用上述公式進行反推，得出頻率控制字。而相位控制字為：

其中：Poffset為相位偏移量，Pc為相位控制字。

進而得到相位控制字控制尋址的初始相位。將其設置為0，可以在相位調制的過程中對其進行處理。頻率步進的功能是對頻率逐漸變化的線性調頻信號、步進頻信號和相關三角波和鋸齒波信號燈信號波形進行產生，得出頻率步進字公式：

帶寬和時寬分別為有效脈沖的頻帶寬度和持續時間，時寬是采樣頻率，即四路時鐘的總和[3]。

4　線性調頻脈沖信號的產生及仿真結果

線性調頻信號借助非線性相位調制或者線性頻率調制能夠得到大時寬帶寬積的典型案例。線性調頻信號作為一種脈沖壓縮信號，目前應用比較普遍。相關技術人員一般將其應用到雷達發射信號中，進而提升信號帶寬，擴充其信息量，并對雷達進行干涉，最大程度避免敵方對信號信息的竊取。雷達脈沖寬度即信號時寬，其能夠對雷達分辨率產生影響。事實上，帶寬與時寬存在相應的沖突。技術人員要結合具體的雷達情況對時寬帶寬積進行確定，以確保其達到良好的應用效果。

綜上所示，將直線數字頻率合成四路，產生相應的線性調頻脈沖信號。技術人員可以對設計參數進行確定。相位控制字為0，初始相位是0，當脈沖有效信號來臨，尋址地址ROM就是查找表的第一個地址。將采樣率設置為1GHz，如果想讓帶寬符合采樣定律，其必須不超過500MHz。同時，帶寬不能超過采樣率的40％。技術人員可以將帶寬設置為100MHz，當脈沖首次到達，將輸出頻率控制在50MHz，其頻率的波動特點是由小向0過渡，再變大。為了最大程度確保實驗的簡便性，一般將時寬設置為500個工作時鐘，從

而對頻率步進值進行推導。技術人員要對四路信號進行合并，使其形成一路IQ正交信號，然后抽出其中一路信號，將其存入文件中作為Matlab的仿真應用，得出其時域特性和頻域特性[4]。

5　結語

網絡技術、計算機技術和電子信息科學技術，為數字電路提供了廣闊的發展契機。傳統技術背景下，通過對相關器件的模擬，完成線性調頻脈沖信號，而當前廣闊的應用環境和空間，使其能夠通過可編程邏輯器件實現技術的升級，進而提升電路運行的安全性、靈活性和有效性。同時，使得器件大小不再受到電路規模的制約。在線性調頻脈沖信號中對直接數字頻率合成技術進行應用，簡化了電路構造，并提升了其可控性。技術人員要對基于ROM查找表的技術和方法進行應用，進而確保直線數字頻率合成的發生，并對matlab中相關的信號進行頻域分析，最大程度確保其功能的可靠性，并加深對直接數字頻率合成原理的認識，或者應用開發軟件提供的DDS IP CORE對其進行設計和升級，以達到良好的應用效果。

參考文獻

[1]姬國慶,馮春環.基于DDS技術的線性調頻脈沖信號的實現[J].電子技術,2015,(09):6-8.

[2]解立洋.水下彈載超聲波探測發射信號的直接數字頻率合成與實現[D].南京理工大學,2011.

[3]王蓮榮,馬妍,王萍,張繼紅.基于FPGA的雷達信號模擬[J].海軍航空工程學院學報,2012,(03):284-288.

[4]姚國國,李寶森.基于AD9858的寬帶線性調頻源設計[J].現代電子技術,2012,(10):169-171.