??? 摘? 要: 介紹了VXI總線C尺寸專用中頻信號(hào)" title="中頻信號(hào)">中頻信號(hào)源的設(shè)計(jì),重點(diǎn)描述了VXI總線接口電路和用DDS實(shí)現(xiàn)的幅度可控的捷變頻信號(hào)源電路。該模塊已成功應(yīng)用于實(shí)際的VXI總線雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)" title="自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)">自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中。?
??? 關(guān)鍵詞: VXI? 信號(hào)發(fā)生器? DDS? FPGA
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??? VXI總線系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)控技術(shù)和接口技術(shù)等多種高新技術(shù)緊密結(jié)合起來(lái),具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),成為自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)秀平臺(tái)。直接數(shù)字合成技術(shù)(DDS)提供傳統(tǒng)頻率合成方法難以實(shí)現(xiàn)的高分辨率、高頻率轉(zhuǎn)換速度及相位的連續(xù)性,這使得DDS具有廣泛的應(yīng)用前景。導(dǎo)彈雷達(dá)導(dǎo)引頭的研制及生產(chǎn)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜和精密的過(guò)程。為實(shí)現(xiàn)導(dǎo)引頭自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),研制了VXI專用信號(hào)源模塊。這里采用VXI總線專用接口芯片IT9010與可靈活配置的FPGA器件設(shè)計(jì)VXI總線接口電路,采用DDS技術(shù)直接實(shí)現(xiàn)幅度可控的中頻信號(hào)電路。?
??? 一般的雷達(dá)中頻目標(biāo)回波信號(hào)可以簡(jiǎn)單描述為:?
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??? 式中,An是回波起伏包絡(luò),rect(t)是矩形函數(shù),α、β是目標(biāo)回波參數(shù),fd、φ是回波多普勒頻率及初相。?
1 模塊設(shè)計(jì)
??? VXI專用信號(hào)源,模塊包括VXI接口電路和功能電路兩部分,如圖1所示。VXI總線接口電路接收0槽控制器的信息。目標(biāo)信息數(shù)據(jù)通過(guò)VXI總線下傳到信號(hào)源模塊,通過(guò)時(shí)序控制電路" title="時(shí)序控制電路">時(shí)序控制電路II控制DDS輸出包含多譜勒信息的中頻信號(hào),通過(guò)時(shí)序控制電路I控制DAC輸出以控制DDS輸出信號(hào)幅度" title="信號(hào)幅度">信號(hào)幅度,從而獲得含有目標(biāo)參數(shù)的雷達(dá)和信號(hào)、方位差以及俯仰差中頻信號(hào)三路信號(hào)。?
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??? VXI總線模塊分為四種器件:寄存器基器件、消息基器件、存儲(chǔ)器基器件和擴(kuò)展基器件。寄存器基器件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低,這里采用VXI專用寄存器基器件接口芯片IT9010。它集成了VXI總線寄存器基器件所需的功能,配以簡(jiǎn)單輔助電路即可實(shí)現(xiàn)VXI總線系統(tǒng)初始化、地址譯碼、中斷控制、時(shí)序控制等功能。FPGA采用ALTERA公司EP20K100芯片,其靈活的可重新配置特性為設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)接口電路提供了極大的方便,并配合IT9010完成接口初始化等功能。?
??? 直接數(shù)字頻率合成技術(shù)是一種先進(jìn)的頻率合成技術(shù),具有簡(jiǎn)單、靈活的特點(diǎn)。
??? 其中,K為頻率控制字" title="控制字">控制字,N為DDS相位累加器字長(zhǎng),fclk為DDS時(shí)鐘。DDS采用美國(guó)AD公司的AD9850。DDS工作時(shí)鐘頻率為100MHz,頻率分辨率大于0.0233Hz,頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間約為270ns。信號(hào)發(fā)生電路由FPGA構(gòu)成的時(shí)序控制電路I與AD9850電路構(gòu)成,頻率控制字由數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生,通過(guò)VXI接口傳送到DDS,輸出指定頻率的中頻信號(hào)。DDS采用串并行工作方式,頻率控制字寫(xiě)入完畢,在更新控制信號(hào)的控制下,輸出新的頻率值信號(hào)。如果相位控制位的數(shù)據(jù)沒(méi)有改變,則輸出頻率的相位是連續(xù)的,這是DDS的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。?
??? 通過(guò)改變AD9850配置腳Rset中流過(guò)的電流可以直接控制DDS輸出幅度,幅度控制電路由FPGA構(gòu)成的時(shí)序控制電路II、DAC和DDS電路構(gòu)成。幅度控制量由數(shù)學(xué)模型產(chǎn)生,其符號(hào)表示角誤差信號(hào)相位,通過(guò)控制DDS相位控制字來(lái)確定DDS輸出信號(hào)移相+π/2或-π/2;幅度控制量大小與角誤差信號(hào)大小成正比,通過(guò)VXI接口由DAC電路轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)來(lái)控制DDS輸出信號(hào)幅度,從而獲得含有目標(biāo)參數(shù)的和、方位差以及俯仰差三路中頻信號(hào)。幅度控制電路如圖2所示。?
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2 測(cè)試結(jié)果?
??? VXI信號(hào)源模塊采用4層電路板設(shè)計(jì),采取了隔離、濾波、屏蔽等電磁兼容措施,取得了比較好的指標(biāo)。用Agilent頻譜儀E44401對(duì)模塊產(chǎn)生的中頻標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)進(jìn)行測(cè)試,相位噪聲優(yōu)于-100dBc/Hz,輸出信號(hào)幅度為-50dBm～10dBm可調(diào),分辨率為1dBm。若外接HP8496B衰減器,輸出信號(hào)幅度可以達(dá)到-130dBm。輸出頻譜及相位噪聲如圖3所示。?
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??? 將電子技術(shù)領(lǐng)域中新的研究成果(如DDS、FPGA和DSP等技術(shù))不斷應(yīng)用于儀器系統(tǒng)中,必將簡(jiǎn)化儀器設(shè)計(jì),提高儀器性能,降低儀器造價(jià)。VXI總線儀器有著傳統(tǒng)儀器不可比擬的優(yōu)點(diǎn),在自動(dòng)測(cè)試等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文研制的基于VXI總線的C尺寸專用中頻信號(hào)源模塊已成功應(yīng)用于實(shí)際的VXI總線雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中。?
參考文獻(xiàn)?
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