一种窄脉冲信号产生方法与流程

本发明属于数字脉冲产生设计技术领域，具体涉及一种窄脉冲信号产生方法。

背景技术

随着雷达应用场合的不断扩大，使用方对雷达功能的需求呈多面化、综合化趋势，因而雷达整合及功能的集成是雷达技术发展的方向之一。比如将探地雷达与地形测绘雷达功能整合，作一体化设计。地形测绘雷达需要大时宽、大带宽的脉冲调制信号，而探地雷达需要极窄时宽的脉冲调制信号，因此整合这两种雷达功能的前提条件是要能同时实现大时宽、带宽信号和极窄时宽的脉冲调制信号，传统做法是采用两套完全不一样的电路分别产生上述信号。大时宽、带宽信号产生方法在此不作详细描述，重点介绍极窄时宽信号的产生方法。常见的窄脉冲产生方法有以下几种：

1，使用数字逻辑可编程器件实现，基于可编程逻辑器件可以方便、灵活的实现脉冲信号的产生，通常最窄可以实现2ns左右窄脉冲的产生，该方法的缺点是受限于数字逻辑器件的工作速率其脉冲的宽度只能做到ns量级；

2，利用半导体器件的开关特性产生窄脉冲信号，其最窄脉宽可以做到ps量级，不足之处是该方法不灵活，其脉冲宽度是由器件参数决定的，明确了元器件，则脉冲的宽度就随之而定，无法改变；

3，利用双极性晶体管的雪崩特性也可以产生窄脉冲，其最窄脉宽也可以做到ps量级，其缺点同方法2。

随着雷达探地功能模式的不断增多，原有的几种方式不再能满足应用需求，需要一种脉冲宽度灵活可调窄脉冲产生方式，以支撑现有雷达探地功能的拓展。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种新的方法，实现窄脉冲信号的产生，其脉冲宽度可以从ps量级至ns量级灵活可调，且具备实施简单、成本低廉的特点。

本发明窄脉冲信号产生方法，主要包括以下步骤：

步骤1、获取雷达系统对窄脉冲信号脉宽参数的需求；

步骤2、选取具有特定数模转换频率fdac的dac电路，所述特定数模转换频率的选取包括由所述特定数模转换频率对应实现的脉冲宽度能够覆盖需求的窄脉冲信号的脉宽；

步骤3、获取雷达系统需求的窄脉冲信号的周期t；

步骤4、在任意一个周期内，确定量化数据的个数为t*fdac；

步骤5、将所述t*fdac个数据中的m个连续数据的大小设置为1～a，其中，a为选取的dac电路能够产生的最大幅度，其余数据置为0；

步骤6、根据雷达系统需求的多种波形，依据上述步骤将所述多种波形对应的不同脉宽、不同周期及不同幅度的数据进行量化；

步骤7、将量化后的数据写入控制电路的内部存储单元中；

步骤8、根据雷达系统需求，选择相应的波形，并将对应的t*fdac个数据传送给dac电路，由dac电路完成数模转换输出所述窄脉冲信号。

优选的是，所述由特定数模转换频率对应实现的脉冲宽度能够覆盖需求的窄脉冲信号的所有脉宽的80％。

优选的是，由特定数模转换频率对应实现的脉冲宽度包括m倍的特定数模转换频率的倒数，其中，m为正整数。

优选的是，所述步骤2中，选取具有特定数模转换频率的dac电路，包括选取的特定数模转换频率为雷达系统需求的脉冲信号中最窄脉宽的倒数的m倍，其中，m为正整数。

优选的是，在步骤5中，所述dac电路产生的最大幅度a＝2^n-s-1，其中，n为选取的dac电路的数模转换位宽，当dac数据格式为有符号数类型时，s取1，反之取0。

优选的是，在步骤5中，将所述t*fdac个数据中的m个连续数据的大小设置为a。

本发明的关键点在于将窄脉冲信号量化，再将量化结果存储于控制电路内部的存储器中，然后通过高速总线循环将数据传送给高速dac电路，由高速dac完成数模转换，即完成窄脉冲信号的产生。

本发明最窄脉冲宽度由dac的转换速率决定，目前商用化的dac芯片最高转换速率超过6ghz,因而采用该方法目前可以实现脉宽小于170ps的脉冲信号，将来随着dac芯片数模转换速率的提升，采用该方法相应的可以产生更窄脉冲。而需要增加输出信号的脉冲宽度，只需要增加高电平对应的量化数据的个数即可以。该发明用于产生雷达的窄脉冲信号，其集成于雷达原有的大时宽、大带宽信号产生装置中，在没有增加任何额外的电路元件和硬件成本的情况下，仅通过量化数据、将量化的数据写入芯片，并控制选取合适的量化数据通过dac数模转换输出，即可以实现ps量级的窄脉冲信号的产生，其脉冲宽度可依据应用需要灵活可调，脉宽从ps量级至毫秒量级都可实现。

附图说明

图1为按照本发明窄脉冲信号产生方法的一优选实施例的电路连接示意图。

其中，1为时钟电路，2为控制电路，3为dac电路，4为并串转换器。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明集成于雷达原有的大时宽、大带宽信号产生装置中，没有增加任何额外的电路元件和硬件成本，为方便本领域技术人员对本发明实施方案的了解，现将雷达原有的大时宽、大带宽信号产生装置做简单说明。

如图1所示，信号产生装置包括时钟电路1、控制电路2、dac电路3以及并串转换器4。以下描述中，将各模块对应的接口采用模块+接口的标号进行标示，例如时钟电路1的a接口，采用1a进行表示。

参考图1，时钟电路1的控制电路时钟输出端1a连接到控制电路2的时钟输入端2a，时钟电路1的dac时钟输出端1b连接到dac电路3的时钟输入端3b，控制电路2的spi控制信号输出端2c连接到dac电路3的spi控制信号输入端3c，控制电路2的dac输入数据时钟输出端2d连接到dac电路3的dac输入数据时钟输入端3d，控制电路2的快时钟输出端2g连接到并串转换器4的快时钟输入端4a，控制电路2的慢时钟输出端2h连接到并串转换器4的慢时钟输入端4b，控制电路2的并行数据输出端2b连接到并串转换器4的并行数据输入端4c，并串转换器4的数据输出端4d连接到dac电路3数据输入端3g,dac电路3的dac输出数据时钟输出端3e连接到控制电路2的dac输出数据时钟输入端2e,控制电路2的复位信号输出端2f连接到dac电路3的复位信号输入端3f,dac电路3的模拟信号输出端3a即为最终的信号输出端。

本发明对上述信号产生装置的控制电路稍加改进，该改进适配于完成本发明步骤8的功能，包括将对应的数据传送给dac电路、时钟控制及控制dac电路完成数模转换输出所述窄脉冲信号等功能。下面对本发明技术方案做详细描述。

基于上述电路及电路器件之间的连接关系，本发明窄脉冲信号产生方法，主要包括：

步骤1、获取雷达系统对窄脉冲信号脉宽参数的需求。

本实施例中，雷达系统需求的窄脉冲信号包括脉冲宽度w为0.5ns的信号，脉冲宽度为1.0ns的信号、脉冲宽度为1.25ns的信号，脉冲宽度为1.5ns的信号等等，该步骤主要为获取需求的脉冲宽度。

步骤2、选取具有特定数模转换频率fdac的dac电路，所述特定数模转换频率的选取包括由所述特定数模转换频率对应实现的脉冲宽度能够覆盖需求的窄脉冲信号的脉宽。

本实施例中，例如选取数模转换频率fdac为800～2500mhz的dac电路，从中指定转换频率以能够产生覆盖上述脉冲宽度的信号，可以理解的是，数模转换频率与窄脉冲宽度的关系为w＝m/fdac，其中，m为正整数，根据脉宽大小而定，例如上述指定的数模转换频率fdac为2g，则当m为1时，产生0.5ns的脉冲信号，当m为2时，产生1.0ns的脉冲信号。

需要说明的是，为能够产生本实施例所有脉冲宽度的脉冲信号，可能需要更高数模转换频率的dac电路或者数模转换速率动态可调的时钟电路。例如0.5ns的脉冲信号及1.25ns的脉冲信号，可以使用4g数模转换频率的dac电路，由此，当m为2时，产生0.5ns的脉冲信号，当m为5时，产生1.25ns的脉冲信号；或者可以在dac数模转换速率范围内动态调整时钟产生电路输出的fdac的频率，当产生0.5的脉冲信号时，fdac调整为2ghz，m为1即可，而当产生1.25ns的脉冲信号时，fdac调整为800mhz，此时m仍为1即可。

由于现有技术水平中，dac电路存在数模转换频率上限，并不能完全实现覆盖所有的脉冲信号，此时，在实际应用中可以调整fdac及m值，设计出一个脉宽尽可能接近要求的信号。备选实施方式中，也可以选取最窄脉宽需求对应的数模转换频率，例如上述选取0.5ns脉宽信号对应的2g数模转换频率，据此选择相应型号的dac电路。

步骤3、获取雷达系统需求的窄脉冲信号的周期t。

可以理解的是，不同脉冲的周期可能是不同的，本实施例以一个周期为例，假定需要产生的信号为脉宽1.5ns，周期5000ns，由此，选取的数模转换频率fdac为2g，m为3。

步骤4、在任意一个周期内，确定量化数据的个数为t*fdac。

本实施例中，确定的量化数据个数为5000×2＝10000。

步骤5、将所述t*fdac个数据中的m个连续数据的大小设置为1～a，其中，a为选取的dac电路能够产生的最大幅度，其余数据置为0。

本实施例中，在上述10000个数据中，选取3个连续的数据大小设置为1～a，例如这三个连续的数据均为a，其余数据大小设置为0。由此经dac数模转换后就产生对应的雷达波形。

本实施例中，所述dac电路产生的最大幅度a＝2^n-s-1，其中，n为选取的dac电路的数模转换位宽，一般为14位或16位，当dac数据格式为有符号数类型时，s取1，反之取0。例如，当dac数据格式为有符号数类型时，则t*fdac个数据中有m个连续数的大小设置为2^n-1-1；而当dac数据格式为无符号数类型时，则t*fdac个数据中有m个连续数为2ⁿ-1。

步骤6、根据雷达系统需求的多种波形，依据上述步骤将所述多种波形对应的不同脉宽、不同周期及不同幅度的数据进行量化。

步骤7、将量化后的数据连同其他的控制程序写入控制电路的内部存储单元中，之后，给电路上电，上电后控制电路在时钟的驱动下，完成对dac芯片的复位及spi接口的初始化。

步骤8、根据雷达系统(上位机)需求，选择相应的波形，控制电路循环将对应的t*fdac个数据传送给dac电路，由dac电路完成数模转换输出所述窄脉冲信号。

本发明最窄脉冲宽度由dac的转换速率决定，目前商用化的dac芯片最高转换速率接近6ghz,因而采用该方法目前可以实现近160ps的脉宽，将来随着dac芯片数模转换速率的提升，采用该方法相应的可以产生更窄脉冲。而需要增加输出信号的脉冲宽度，只需要增加高电平对应的量化数据的个数即可。该发明用于产生雷达的窄脉冲信号，其集成于雷达原有的大时宽、大带宽信号产生装置中，在没有增加任何额外的电路元件和硬件成本的情况下，仅通过量化数据、将量化的数据写入芯片，并控制选取合适的量化数据通过dac数模转换输出，即可以实现ps量级的窄脉冲信号的产生，其脉冲宽度可依据应用需要灵活可调，脉宽从ps量级至毫秒量级都可实现。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。