??? 摘? 要: 介紹了VXI總線C尺寸專用中頻信號" title="中頻信號">中頻信號源的設計,重點描述了VXI總線接口電路和用DDS實現(xiàn)的幅度可控的捷變頻信號源電路。該模塊已成功應用于實際的VXI總線雷達自動測試系統(tǒng)" title="自動測試系統(tǒng)">自動測試系統(tǒng)中。?
??? 關鍵詞: VXI? 信號發(fā)生器? DDS? FPGA
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??? VXI總線系統(tǒng)將計算機技術、測控技術和接口技術等多種高新技術緊密結(jié)合起來,具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強、可靠性強等優(yōu)點,成為自動測試系統(tǒng)的優(yōu)秀平臺。直接數(shù)字合成技術(DDS)提供傳統(tǒng)頻率合成方法難以實現(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具有廣泛的應用前景。導彈雷達導引頭的研制及生產(chǎn)是一個相當復雜和精密的過程。為實現(xiàn)導引頭自動測試系統(tǒng),研制了VXI專用信號源模塊。這里采用VXI總線專用接口芯片IT9010與可靈活配置的FPGA器件設計VXI總線接口電路,采用DDS技術直接實現(xiàn)幅度可控的中頻信號電路。?
??? 一般的雷達中頻目標回波信號可以簡單描述為:?
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??? 式中,An是回波起伏包絡,rect(t)是矩形函數(shù),α、β是目標回波參數(shù),fd、φ是回波多普勒頻率及初相。?
1 模塊設計
??? VXI專用信號源,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。目標信息數(shù)據(jù)通過VXI總線下傳到信號源模塊,通過時序控制電路" title="時序控制電路">時序控制電路II控制DDS輸出包含多譜勒信息的中頻信號,通過時序控制電路I控制DAC輸出以控制DDS輸出信號幅度" title="信號幅度">信號幅度,從而獲得含有目標參數(shù)的雷達和信號、方位差以及俯仰差中頻信號三路信號。?
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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、存儲器基器件和擴展基器件。寄存器基器件實現(xiàn)簡單、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,配以簡單輔助電路即可實現(xiàn)VXI總線系統(tǒng)初始化、地址譯碼、中斷控制、時序控制等功能。FPGA采用ALTERA公司EP20K100芯片,其靈活的可重新配置特性為設計人員實現(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)字頻率合成技術是一種先進的頻率合成技術,具有簡單、靈活的特點。
??? 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,fclk為DDS時鐘。DDS采用美國AD公司的AD9850。DDS工作時鐘頻率為100MHz,頻率分辨率大于0.0233Hz,頻率轉(zhuǎn)換時間約為270ns。信號發(fā)生電路由FPGA構(gòu)成的時序控制電路I與AD9850電路構(gòu)成,頻率控制字由數(shù)學模型產(chǎn)生,通過VXI接口傳送到DDS,輸出指定頻率的中頻信號。DDS采用串并行工作方式,頻率控制字寫入完畢,在更新控制信號的控制下,輸出新的頻率值信號。如果相位控制位的數(shù)據(jù)沒有改變,則輸出頻率的相位是連續(xù)的,這是DDS的一個突出的優(yōu)點。?
??? 通過改變AD9850配置腳Rset中流過的電流可以直接控制DDS輸出幅度,幅度控制電路由FPGA構(gòu)成的時序控制電路II、DAC和DDS電路構(gòu)成。幅度控制量由數(shù)學模型產(chǎn)生,其符號表示角誤差信號相位,通過控制DDS相位控制字來確定DDS輸出信號移相+π/2或-π/2;幅度控制量大小與角誤差信號大小成正比,通過VXI接口由DAC電路轉(zhuǎn)換成模擬信號來控制DDS輸出信號幅度,從而獲得含有目標參數(shù)的和、方位差以及俯仰差三路中頻信號。幅度控制電路如圖2所示。?
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2 測試結(jié)果?
??? VXI信號源模塊采用4層電路板設計,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。用Agilent頻譜儀E44401對模塊產(chǎn)生的中頻標準正弦信號進行測試,相位噪聲優(yōu)于-100dBc/Hz,輸出信號幅度為-50dBm～10dBm可調(diào),分辨率為1dBm。若外接HP8496B衰減器,輸出信號幅度可以達到-130dBm。輸出頻譜及相位噪聲如圖3所示。?
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??? 將電子技術領域中新的研究成果(如DDS、FPGA和DSP等技術)不斷應用于儀器系統(tǒng)中,必將簡化儀器設計,提高儀器性能,降低儀器造價。VXI總線儀器有著傳統(tǒng)儀器不可比擬的優(yōu)點,在自動測試等領域中得到了廣泛的應用。本文研制的基于VXI總線的C尺寸專用中頻信號源模塊已成功應用于實際的VXI總線雷達自動測試系統(tǒng)中。?
參考文獻?
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5 周智敏,陸必應,汪海波. 基于VXI總線的超寬帶線性調(diào)頻信號源的設計. 現(xiàn)代雷達, 2003;25(3):44～46