基于AD9914的信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉賓 廖海黔 鄭靜 王龍龍 石竹君

摘要： 本文基于直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)，設(shè)計(jì)一種多信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠產(chǎn)生連續(xù)波、線性調(diào)頻信號(hào)、脈沖調(diào)制信號(hào)并基于MFC框架設(shè)計(jì)上位機(jī)控制軟件。測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、配置靈活，對(duì)于信號(hào)源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有工程實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：AD9914;FPGA;線性調(diào)頻;脈沖調(diào)制

中圖分類(lèi)號(hào)：TN957.51? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1007-9416（2018）10-0000-00

1 引言

信號(hào)發(fā)生器在現(xiàn)代雷達(dá)、通信和電子對(duì)抗領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。就雷達(dá)而言，傳統(tǒng)的雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代雷達(dá)的需求，隨著數(shù)字信號(hào)處理和集成電路的發(fā)展，基于FPGA+直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）的信號(hào)源設(shè)計(jì)，能夠快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的功能[1]。

本文基于ADI公司推出的一款帶有12位DAC的DDS芯片AD9914實(shí)現(xiàn)支持連續(xù)波、線性調(diào)頻信號(hào)、脈沖調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)由上位機(jī)控制軟件、FPGA控制單元、AD9914信號(hào)產(chǎn)生單元[2]、時(shí)鐘單元組成，硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)實(shí)際需求，在上位機(jī)設(shè)置信號(hào)頻率、幅度、相位、調(diào)制類(lèi)型等參數(shù)，通過(guò)RS232接口發(fā)送指令至FPGA，F(xiàn)PGA內(nèi)部對(duì)接收到的數(shù)據(jù)按照通信協(xié)議進(jìn)行解析，并完成對(duì)AD9914的參數(shù)配置，產(chǎn)生要求信號(hào)并輸出。系統(tǒng)能夠產(chǎn)生連續(xù)波、線性調(diào)頻信號(hào)、脈沖調(diào)制信號(hào)。

2.1 上位機(jī)控制軟件

上位機(jī)控制軟件基于VC中的MFC框架設(shè)計(jì)[3]，采用單文檔窗口設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。該窗口主要包括串口設(shè)置、調(diào)制類(lèi)型選擇及參數(shù)設(shè)置和AD9914工作模式選擇及參數(shù)設(shè)置。軟件功能設(shè)計(jì)流程如圖2所示。軟件啟動(dòng)后，設(shè)置串口參數(shù)進(jìn)行初始化，調(diào)制使能時(shí)，可選擇脈沖調(diào)制方式并設(shè)置調(diào)制信號(hào)的重頻、脈寬等參數(shù)，同時(shí)設(shè)置AD9914工作模式和參數(shù)產(chǎn)生載波信號(hào);禁用調(diào)制功能時(shí)，只需選擇AD9914工作模式，系統(tǒng)支持5種工作模式：?jiǎn)晤l模式、Profile調(diào)制模式、數(shù)字斜坡調(diào)制模式、并行數(shù)據(jù)端口調(diào)制模式以及可編程調(diào)制模式。數(shù)字斜坡調(diào)制模式下，系統(tǒng)產(chǎn)生指定參數(shù)的線性調(diào)頻信號(hào)，其他模式下產(chǎn)生連續(xù)正弦信號(hào)。

2.2 FPGA控制單元

本系統(tǒng)選用Altera公司的EP1C3T144I7N作為主控芯片，其主要邏輯功能為串口數(shù)據(jù)收發(fā)、調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生、AD9914參數(shù)配置以及SPI控制器，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

FPGA通過(guò)串口接收PC端發(fā)送的控制指令后按照通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并校驗(yàn)后發(fā)送至PC端。若數(shù)據(jù)符合協(xié)議要求且調(diào)制使能情況下，將數(shù)據(jù)分別傳輸至調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生模塊和AD9914配置模塊，調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)控制AD9914的輸出幅度鍵控引腳（OSK），實(shí)現(xiàn)DDS信號(hào)輸出控制，AD9914配置模塊則將數(shù)據(jù)按照寄存器配置要求發(fā)送至SPI控制器，通過(guò)SPI總線實(shí)現(xiàn)AD9914工作模式選擇以及信號(hào)參數(shù)配置;在禁用調(diào)制功能情況下，僅需對(duì)AD9914工作模式以及信號(hào)參數(shù)進(jìn)行配置，OSK保持高電平。

3 測(cè)試結(jié)果

系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)由信號(hào)源83712B、信號(hào)分析儀R&S FSWP組成，其中信號(hào)源為AD9914提供外部參考時(shí)鐘。信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)可以產(chǎn)生3種信號(hào)如圖4所示。其中連續(xù)波頻率300MHz;線性調(diào)頻信號(hào)上限頻率700MHz、下限頻率200MHz、帶寬500MHz;脈沖調(diào)制信號(hào)載波頻率300MHz、重頻1kHz、脈寬20us。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用當(dāng)前廣泛應(yīng)用的DDS技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種多信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)，該系統(tǒng)可輸出高分辨率、捷變頻的信號(hào)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、配置靈活、系統(tǒng)集成度高、測(cè)試方案簡(jiǎn)單，而且只需修改硬件平臺(tái)部分電路參數(shù)及控制軟件，即可用于各種多載波通信系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]胡茂海，蔣鴻宇，嚴(yán)俊等.基于AD9910的多通道信號(hào)發(fā)生器[J].信息與電子工程，2012，2：77-81.

[2]趙臘，祁全，張俊.基于高速DDS芯片9914的信號(hào)產(chǎn)生方法[J].雷達(dá)與對(duì)抗，2015，12：29-32.

[3]孫鑫.VC++深入詳解[M].電子工業(yè)出版社，2012.

Design of a Signal Generation System Based On AD9914

LIU Bin， LIAO Hai-qian， ZHENG Jing， WANG Long-long， SHI Zhu-jun

（Guizhou Aerospace Research Institute of Metrology and Testing Technology， Guiyang Guizhou? 55009）

Abstract：Based on direct digital frequency synthesis （DDS） technology， a multi signal generation system is designed in this paper. The system can generate continuous wave， linear frequency modulation signal， pulse modulation signal and design PC control software based on MFC framework. The test results show that the system is simple in structure and flexible in configuration， which is of practical significance to the design and implementation of signal source.

Key words：AD9914;FPGA;linear frequency modulation;pulse modulation