2 AD9958及参数设置
AD9958是Analog Devices公司生产的一款高性能、动态特性优异、可双路输出的DDS器件,每路可单独控制频率,相位/幅度。内部集成了10 bit的输出幅度控制,内部工作频率高达500 MHz,使其可产生最高频率为250 MHz的双路信号。其内部有许多用于控制输出信号参数的控制寄存器,具有32位频率调整分辨率、14位相位失调分辨率、lO位输出幅度可缩放分辨率,有增强数据吞吐率的串行SPI口。可工作于多种模式,支持器件手册中介绍的单频信号模式(single-tone)、调制模式(moolulation mode)、线性扫频模式(1inearsweep)以及混合信号模式。
对于单频信号模式,其复数表达式为:
式中,A为信号幅度,ψ为信号初始相位,f0为信号频率。
采用这3个参数完全描述单频信号。双通道AD9958与这3个参数有关的寄存器分别为信道频率控制字(CTW0)、信道相位补偿字(CPW0)、幅度控制字(ACR)3个寄存器以及通道控制寄存器(CSR),可产生双通道正交信号,控制如下:
AD9958中需要设置初始频率、终止频率、调频斜率K确定一个线性调频信号。其中,起始频率和终止频率分别置于频率控制字寄存器CTW0和CTWl,在线性调频信号中,最主要的设置就是其调频斜率以及扫频方向,在线性扫频模式
中,频率累加器使输出频率从一个可编程低频梯变成可编程高频;或从一个可编程高频梯变成可编程低频。低频存入profile O,高频存人profile l。此时AD9958专门根据扫频方向(正/负)分别提供了上升步进频率控制字寄存器(RDW)和上升扫频时间控制字寄存器(RSRR),以及与其对应的下降步进频率控制字寄存器(FDW)和下降扫频时间控制字寄存器(FSRR),其扫频方向通过P1,P2脚单独控制,P1控制通道O,P2控制通道1,高电平表示扫频方向为正,低电平表示扫频方向为负。给出扫频方向表示为正的线性调频脉冲信号相关公式为:
式中,SYNC_CLK为系统时钟的4分频。
对于相位编码脉冲信号,在此不给出其数学表达式,只需理解其主要是对相位的选择(0相位或180相位)即可,后边将给出编码方式为巴克码和最长线性移位码的脉冲调制信号,对于AD9958,用P0一P3引脚电平控制相位选择,高电平输出相位π,低电平输出相位0。
3 系统硬件设计
AD9958产生的雷达信号源其原理框图如图1所示。系统主要指标参数是:脉宽为5~250μs,脉冲重复周期为0.5~10 ms,带宽为1~10 MHz,可产生简单脉冲、线性调频以及相位编码调制中频雷达信号。其中对于线性调频信号调频斜率正负可选;对于相位编码,编码形式可选。
3.1 器件选型
DSP作为该系统的核心,采用ADI公司BLACKFIN系列的32位定点处理器ADSP—BF531,其最高系统时钟频率为400 MHz,BF531具有外围SPI接口和较多的可编程I/0引脚,对DDS控制有利。
FPGA部分可根据实际需要综合考虑性价比,系统选用Altera公司CycloneII系列的EP2C8。系统工作时,DSP,FPGA与AD9958 3者关系为:通信参数由前端LCD显示模块控制,通过UART送至DSP以决定系统产生波形的类型及参数。DSP中将通信参数解析计算为DDS所需的各种控制字,并通过DSP的SPI接口打入DDS内部寄存器。FPGA作为整个系统的时序控制器为DSP、DDS提供参考时钟,并接收DSP通过并行总线发送的时序控制参数,以及可编程端口(GPIO)发送的波形类控制信号,根据其中的时序控制参数(包括脉冲重复周期值和脉冲宽度值)产生DSP中断信号,以中断DSP。DSP在中断服务子程序中进行频率字的计算和发送。下面介绍FPGA作为整个系统的时序控制器时,如何产生各种时序控制信号。