专利名称：一种dds直接形成式的超宽带调频信号产生电路及方法
技术领域：
本发明属于雷达宽带频率综合技术领域，具体涉及一种基于宽带DDS与模拟频率合成技术相结合的超宽带调频信号产生方法。
背景技术：
随着现代电子对抗技术的发展，我们所需应对的目标电磁环境日益复杂，雷达必须进一步提高多目标探测、抗干扰、高分辨率、多环境自适应及目标识别的能力。提高这些性能的关键技术之一就是使用大时宽带宽积的脉冲调频信号，它是实现对多目标的高分辨率测量，完成目标分类识别的重要条件。这种超宽带信号的产生可采用直接倍频、上变频、DDS与倍频相结合、DDS与PLL相结合等技术。但直接倍频和上变频方法的杂散抑制不理想，系统较复杂且调试困难。目前一般采用直接数字频率合成(DDS)技术产生窄带线性调频信号，再通过直接倍频技术或锁相跟踪倍频技术进行带宽扩展实现超宽带调频信号，但是倍频器和滤波器存在较大的幅相失真，直接影响了输出信号的质量。锁相环电路(PLL)存在频率变换时间较长的问题，无法产生高分辨率、高线性度的超宽带调频信号。这些问题都将大大限制雷达对多目标的高分辨率测量能力。中国发明专利《提高直接数字式频率合成器频谱纯度的频率合成系统》(申请号200910264176. 7)所公开的是一种提高直接数字式频率合成器频谱纯度的频率合成系统。该专利在频谱覆盖范围上有所不足，存在输出信号频率不够高确点。
发明内容
针对背景技术的不足，本发明提供了一种DDS直接形成式的超宽带调频信号产生电路及方法。该方法通过宽带DDS芯片直接产生宽带线性调频、非线性调频或特殊的相位编码信号，并可由上位机在线配置波形信号参数。利用模拟锁相环及频率合成技术产生射频微波段基准参考信号，再通过频谱搬移将二者结合，从而产生低杂散、低相噪、高分辨率的超宽带调频信号，实现了具有高分辨率、低相噪的微波直接频率合成器，并且结构简单易于集成。本发明的技术方案是DDS直接形成式的超宽带调频信号产生方法，其特征包括如下步骤
步骤一外部时钟输入；
步骤二 系统时钟产生；
步骤三超宽带波形产生；
步骤四波形参数控制；
步骤五混频滤波。其有益效果是产生低杂散、低相噪、高分辨率的超宽带调频信号，实现了具有高分辨率、低相噪的微波直接频率合成器。如上所述的超宽带调频信号产生方法，其特征在于所述步骤二中系统时钟产生的具体方法为由锁相源和电路匹配及功率放大模块组成利用外部输入时钟来生成宽带波形产生部分工作系统时钟。如上所述的超宽带调频信号产生方法，其特征在于所述步骤三中超宽带波形产生的具体方法为根据参数控制部分的控制，利用超宽带DDS芯片产生所需波形。其有益效果是通过该步骤，可以实现在系统时钟下时可以产生最高频率为系统时钟频率二分之一的波形信号。如上所述的超宽带调频信号产生方法，其特征在于所述步骤四中波形参数控制的具体方法为通过ARM控制器与外部通信，利用实时调节波形参数的FPGA芯片解析上位机的命令，调用相应的波形库给波形产生模块输出波形参数控制命令。其有益效果是使其能够产生符合特定要求的波形。如上所述的超宽带调频信号产生方法，其特征在于所述步骤五中混频滤波的具体方法为利用混频器将上述所产生的超宽带波形与载频混频。其有益效果是该 部分由混频器实现，其目的是通过混频的方式将宽带线性调频信号搬移到微波频段，由于DDS的输出频率较低，为了使最终产生的宽带线性调频信号具有更高的微波工作频段，需要通过混频的方式将宽带线性调频信号搬移到微波频段，产生起始频率为
/ ，调频斜率为K，脉宽为T、脉冲重复周期为T的超宽带脉冲调制线性调频信号。一种DDS直接形成式的超宽带调频信号产生电路，包括时钟输入电路、锁相源电路、超宽带DDS、波形参数控制电路、放大滤波和混频滤波电路，时钟输入电路的输入端与外部时钟相连，时钟输入电路的输出端一路与锁相源的参考时钟端相连，另一路与波形参数控制电路的时钟入端相连；锁相源的系统时钟输出端与超宽带DDS的系统时钟输入端相连；波形参数控制电路的控制信号输出端与超宽带DDS的控制信号输入端相连；超宽带DDS的波形输出端与放大滤波的输入端相连，放大滤波的输出端与混频的波形信号输入端相连。其有益效果是产生低杂散、低相噪、高分辨率的超宽带调频信号，实现了具有高分辨率、低相噪的微波直接频率合成器。如上所述的超宽带调频信号产生电路，其特征在于所述的锁相源由1/4分频器、鉴相器PE3336、环路滤波器、压控振荡器VCO和放大功分部分组成；其中1/4分频器的输入端与外部时钟输入电路相连，1/4分频器的输出端与鉴相器PE3336的一路参考信号输入端相连，鉴相器PE3336的另一路参考信号输入端与放大功分的反馈信号输出端相连，鉴相器PE3336的输出端与环路滤波器的输入端口相连；环路滤波器采用有源比例积分滤波器，输出端与压控振荡器的控制电压输入端相连；压控振荡器的信号输出端与放大功分部分的输入端相连；放大功分电路的其中一路输出与超宽带DDS的时钟输入端相连。如上所述的超宽带调频信号产生电路，其特征在于超宽带DDS由单端转差分芯片、DDS芯片DS855、差分转单端芯片构成，其中单端转差分芯片的输入端与锁相环的系统时钟输出端相连，输出端与DDS芯片DS855的系统时钟输入端相连；DDS芯片DS855的控制信号输入端与波形参数控制模块的控制信号输入端相连，DDS芯片DS855产生的宽带调频波形输出端与差分转单端芯片输入端相连；差分转单端芯片输出端与放大滤波的输入端相连。
图I :系统工作流程图 图2 :系统结构框图
图3:锁相源组成框图。
具体实施例方式一种DDS直接形成式的超宽带调频信号产生电路及方法，其特征在于如图二所示为本系统的结构组成框图，系统主要由时钟输入、锁相源、超宽带DDS、波形参数控制、放大滤波和混频滤波部分组成。时钟输入的输入端与外部时钟相连，输出端一路与锁相源的参考时钟端相连，一路与波形参数控制电路的时钟入端相连。锁相源的系统时钟输出端与超宽带DDS的系统时钟输入端相连。波形参数控制电路的控制信号输出端与超宽带DDS的 控制信号输入端相连。超宽带DDS的波形输出端与放大滤波电路的输入端相连，放大滤波电路的输入端与混频模块的波形信号输入端相连，混频滤波的输出端与输出接口相连。通过以上所述主要部件就能够实现根据波形码产生重复周期为T，载频为Z
，脉冲宽度T分别为IOOiI S、或300 i! S、或600 i! S，带宽B分别为300MHz、或30MHz或IOMHz的线性调频信号的目的。并且同过CAN接口，上位机可在线实时更改波形库中重复周期T、脉冲宽度T及带宽B的参数值。系统的外部时钟选择依据所需输出波形信号的频率及锁相源中鉴相器的特性确定，本实施例中的外部时钟200MHz。外部时钟首先经过功分后分为两路，一路经阻抗匹配和功率放大之后输出给锁相源，阻抗匹配和功率放大的目的是保证输入锁相源的时钟信号具有足够的功率。另一路经过时钟处理之后输出给用于波形控制的FPGA作为其工作时钟，时钟处理可以将外部时钟转换为器件能够正确处理的电平格式。锁相源的结构如图三所示，用于产生高稳定的高频系统时钟作为DDS波形
产生部分的工作时钟。其中的VCO即为压控振荡器。其特征为结构由1/4分频器、鉴相器PE3336、环路滤波器、压控振荡器及放大功分部分组成。其中1/4分频器的输入端作为锁相环模块的参考信号输入端与外部时钟输入模块的一路输出相连，输出端与鉴相器的一路参考信号输入端相连。鉴相器的另一路参考信号输入端与放大功放模块的反馈信号输出端相连，输出端与环路滤波器的输入端口相连。环路滤波器采用有源比例积分滤波器，输出端与压控振荡器的控制电压输入端相连。压控振荡器的信号输出端与放大功分部分的输入端相连。放大功分部分将输入信号放大之后分为两路，一路作为反馈信号与鉴相器相连，一路作为锁相环模块的输出的系统时钟与超宽带波形产生DDS的时钟输入端相连。200MHz时钟
首先由1/4分频器分频为50MHz参考时钟信号，该参考时钟/I进入锁相环芯片中的鉴相器
%/ i
中参与鉴相，鉴相器的另一路鉴相信号为压控振荡器VCO输出的反馈信号/;在锁相环芯
片内部分频特定倍数所得的时钟。鉴相器输出一个误差控制电压经过环路滤波器后滤掉高频信号，进入VCO调节VCO的输出频率，在本系统中使用有源比例积分滤波器作为环路滤波器。VCO的输出信号经过功放放大后进入功分器，此处使用功放即可以保证进入到功分器的信号具有足够的功率，又可以起到前后级隔离的作用。放大滤波将信号分成两路，一路作为DDS的系统时钟，另一路信号反馈到锁鉴相器构成锁相源内部的反馈回路。超宽带DDS部分用于产生满足特定要求的波形信号，其特征为结构包括单端转差分电路、直接数字频率合成芯片DS855、差分转单端电路，其中的输入端与锁相环模块的系统时钟输出端相连，输出端与DS855的系统时钟输入端相连。DS855的控制信号输入端与波形参数控制模块的控制信号输入端相连，生成的宽带调频波形输出端与输入端相连。输
出端与滤波电路的输入端相连。其工作时钟为上述锁相源产生的2. 5GHz系统时钟，
工作时由波形控制FPGA根据存储的波形库数据产生相应的波形控制字发送到波形产生部分的DDS芯片，通过波形控制部分的实时控制来调节DDS波形产生部分的输出信号参数，从
而生成中心频率/^、调频斜率K、脉冲宽度T满足要求的超宽带脉冲调制线性调频信号。
在本系统所选用的DDS芯片支持高达3. 2G的系统时钟，能够输出0—1. 6GHz频率捷变正弦 波信号，并且拥有32bit频率控制字FTW接口，具有跳频速度快，频率分辨率高的优点，能够很好的满足设计要求。波形参数控制部分用于实时控制DDS部分产生波形的参数，由用于与上位机通讯的ARM和产生波形控制字的FPGA构成，FPGA部分在工作时，首先接收ARM部分发出的波形控制命令，由命令查找预先存储好的波形库，解析出该命令所需产生波形的脉宽、带宽、重复周期特定参数，根据这些参数计算时序关系数据及调频信号的起始频率、步进频率、截止频率，最后产生特定时序关系的频率控制字和时序控制信号，例如本设计中产生脉宽T为
IOOii S，重复周期2ms，带宽300 MHz的调频信号，并已知中心频率固定为750MHz，即通
过波形及时序控制模块计算最后产生以系统同步信号为基准具有特定时序的控制信号频率控制字，对应起始频率点为600 MHz，频率步进为7. 5kHz，整个100 y s脉宽内连续输出该步进变化的40000个频率点，从而产生100 u s脉宽频率为60(T900MHz的线性调频信号。而ARM部分通过CAN接口完成波形产生模块与上位机之间的通信功能，对DDS的输出信号进行在线控制。工作时通过上位机的CAN调试软件发出CAN命令至波形及时序控制模块，波形码命令控制其产生波形库中与该波形码对应的脉冲宽度T分别为IOOii S、或300 ii S、或600 u S，带宽B分别为300MHz、或30MHz或IOMHz的线性调频信号。波形库重构命令可在线修改预置波形库中的脉冲宽度、带宽、中心频率的参数值，实现波形库的在线重构，以适应于多种不同的使用环境。放大滤波部分采用高通滤波器与低通滤波器组合的方式，用于滤除信号中的杂散频率和锁相源产生的谐波频率，提高信号质量。混频滤波部分，将线性调频信号上变频至微波频段，即中心频率由f搬移至,
然后经过与信号波形形式匹配的滤波器抑制寄生频率，最后输出设计要求的微波段宽带线性调频信号。该技术采用宽带DDS与模拟频率合成技术相结合的方法产生超宽带调频信号。利用宽带DDS实时控制技术实现波形产生方式克服了传统的窄带DDS+PLL或窄带DDS+倍频的扩频技术中存在的跳频时间长、频率分辨率低、相位分辨率低等指标缺陷，同时与模拟频率合成技术相结合，又克服了 DDS技术中输出信号频率不够高的弱点，使输出的调频信号可以覆盖L、S、C、X和K波段。使具有高分辨率、高相位噪声指标的微波频段超宽带直接频率合成器成为可能，并且结构简单易于集成。本发明专利主要应用于高分辨率数字阵列雷达中，是目标识别的关键技术之一，具有很高的工程实用 价值。本实施例中的外部时钟为200MHz时，可以对本实施例的电路做一定的改进，实现外部时钟变化，进而实现对本发明所要达到的目的。
权利要求
1.DDS直接形成式的超宽带调频信号产生方法，其特征包括如下步骤 步骤一外部时钟输入； 步骤二 系统时钟产生； 步骤三超宽带波形产生； 步骤四波形参数控制； 步骤五混频滤波。
2.如权利要求I所述的超宽带调频信号产生方法，其特征在于所述步骤二中系统时钟产生的具体方法为由锁相源和电路匹配及功率放大模块组成利用外部输入时钟来生成宽带波形产生部分工作系统时钟。
3.如权利要求I所述的超宽带调频信号产生方法，其特征在于所述步骤三中超宽带波形产生的具体方法为根据参数控制部分的控制，利用超宽带DDS芯片产生所需波形。
4.如权利要求I所述的超宽带调频信号产生方法，其特征在于所述步骤四中波形参数控制的具体方法为通过ARM控制器与外部通信，利用实时调节波形参数的FPGA芯片解析上位机的命令，调用相应的波形库给波形产生模块输出波形参数控制命令。
5.如权利要求I至4所述的任一超宽带调频信号产生方法，其特征在于所述步骤五中混频滤波的具体方法为利用混频器将上述所产生的超宽带波形与载频混频。
6.一种DDS直接形成式的超宽带调频信号产生电路，包括时钟输入电路、锁相源电路、超宽带DDS、波形参数控制电路、放大滤波和混频滤波电路，时钟输入电路的输入端与外部时钟相连，时钟输入电路的输出端一路与锁相源的参考时钟端相连，另一路与波形参数控制电路的时钟入端相连；锁相源的系统时钟输出端与超宽带DDS的系统时钟输入端相连；波形参数控制电路的控制信号输出端与超宽带DDS的控制信号输入端相连；超宽带DDS的波形输出端与放大滤波的输入端相连，放大滤波的输出端与混频的波形信号输入端相连。
7.如权利要求6所述的超宽带调频信号产生电路，其特征在于所述的锁相源由1/4分频器、鉴相器PE3336、环路滤波器、压控振荡器VCO和放大功分部分组成；其中1/4分频器的输入端与外部时钟输入电路相连，1/4分频器的输出端与鉴相器PE3336的一路参考信号输入端相连，鉴相器PE3336的另一路参考信号输入端与放大功分的反馈信号输出端相连，鉴相器PE3336的输出端与环路滤波器的输入端口相连；环路滤波器采用有源比例积分滤波器，输出端与压控振荡器的控制电压输入端相连；压控振荡器的信号输出端与放大功分部分的输入端相连；放大功分电路的其中一路输出与超宽带DDS的时钟输入端相连。
8.如权利要求6或7所述的超宽带调频信号产生电路，其特征在于超宽带DDS由单端转差分芯片、DDS芯片DS855、差分转单端芯片构成，其中单端转差分芯片的输入端与锁相环的系统时钟输出端相连，输出端与DDS芯片DS855的系统时钟输入端相连；DDS芯片DS855的控制信号输入端与波形参数控制模块的控制信号输入端相连，DDS芯片DS855产生的宽带调频波形输出端与差分转单端芯片输入端相连；差分转单端芯片输出端与放大滤波的输入端相连。
全文摘要
本发明属于雷达宽带频率综合技术领域，具体涉及一种基于宽带DDS与模拟频率合成技术相结合的超宽带调频信号产生方法。本发明通过宽带DDS芯片直接产生宽带线性调频、非线性调频或特殊的相位编码信号，并可由上位机在线配置波形信号参数。利用模拟锁相环及频率合成技术产生射频微波段基准参考信号，再通过频谱搬移将二者结合，从而产生低杂散、低相噪、高分辨率的超宽带调频信号，实现了具有高分辨率、低相噪的微波直接频率合成器，并且结构简单易于集成。
文档编号H03L7/18GK102780490SQ201210287058
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者徐晓, 李建垚, 苑凤雨, 辛鹏 申请人:武汉滨湖电子有限责任公司