波形产生与数字上变频技术

第五讲波形产生与数字上变频技术电子科技大学：王洪双工器波形产生器功率放大器脉冲调制器天线双工器波形产生器功率放大器脉冲调制器天线§5.1波形产生技术雷达发射机结构图常用的雷达波形第一代：直接频率合成技术利用一个或多个不同的晶体振荡器作为基准信号源，经过倍频、分频、混频以及模拟开关等途径直接产生多个离散频率的输出信号。图5-1给出了一种应用示例。这种方法得到的信号长期和短期稳定度高，频率变换速度快，但调试难度较大，杂散抑制不易做好。混频输出晶振1…晶振2晶振3晶振n图5-1直接频率合成技术混频1.频率合成技术的发展第二代：锁相频率合成技术（间接式合成器）输出环路滤波器参考频率～相位比较器VCO输出频率＝N×输入频率÷N图5-2锁相频率合成技术利用一个或几个参考频率源，通过谐波产生器混频和分频等产生大量的谐波或组合频率，然后用锁相环把压控振荡器(VCO)的频率锁定在某一谐波或组合频率上,由压控振荡器间接产生所需频率输出。这种方法优点是稳频和杂散抑制好，调试简便；缺点是频率切换速度比直接合成慢。第三代：直接数字频率合成技术这是一种基于数字存储器的波形产生系统，又被称为数字波形存储直读法或直接数字波形合成(DDWS)，输出信号的频率改变必须通过更改参考时钟，或是修改波形存储器中的数据来实现。参考时钟输出地址计数波形存储器DAC图5-3DDS原始结构滤波（1）直接数字波形合成(DDWS)（2）直接数字频率合成(DDFS)参考时钟频率控制字NNCCOODAC图5-4DDS改进结构滤波相位累加器ROM幅度表输出采用了数控振荡器(NCO)硬件设计，使得输出频率控制变得更加简便。直接数字式频率合成技术DDS(DirectDigitalSynthesis)是新一代的频率合成技术，它采用数字方式控制信号的相位增量，具有频率分辨率高，频率切换快，频率切换时相位连续和相位噪声低等优点而被广泛采用。2.DDS的频带扩展（1）DDS直接产生方法对某些短波、超短波、米波雷达来说，由于信号中心频率不太高、绝对带宽不太大，因而可以直接采用DDS方法获得所需的雷达信号。输出fSDDS信号源BPF(f0±B/2)频综单元图5-6中频数字直接产生方法波形控制单元QIfSDDS信号源BPF(f0±B/2)频综单元f0正交调制器波形控制单元输出图5-5数字基带＋正交调制方法（1）DDS＋倍频器扩展频带方法倍频能够同时扩展信号的中频和带宽，因而在宽带、超宽带脉冲压缩信号产生中得到普遍应用。f0±B/2f0输出fSDDS信号发生器频综单元图5-7DDS+倍频方案×MBPFM(f0±B/2)波形控制单元（3)DDS上变频扩展频带方法上变频是一种升高频率的变换电路，它将原始信号和本地振荡信号同时加到非线性元件(变容管等)上，从而获得两个频率之和的更高频率信号的过程。输出CPUDDS图5-8采用DDS二次上变频扩展频段框图频率波形序列和调制存储器频率捷变上变频器捷变微波上变频器（4)DDS+PLL扩展频带方法采用DDS与锁相环(PLL)技术是实现宽带、超宽带雷达信号的又一种十分有效的技术途径，通过PLL锁相倍频可获得低噪声、低杂散、高频谱纯度和高捷变频波形，其速度仅次于DDS＋倍频扩展方案。200～650MHz1200～1650MHzDDS基准信号发生器波形控制计算机或DSP图5-9DDS+PLL方案的下图组成框图频综单元PLL锁相倍频电路混频×N滤波放大§5.2DDS的结构和原理图5-10DDS的基本结构图5-11相位累加器原理框图DDS的特点具有极高的频率分辨率和相位分辨率输出频率的相对带宽很宽DDS具有极短的频率转换时间DDS具有在频率捷变时相位连续的特点DDS具有任意波形输出能力DDS的数字调制功能可输出正交信号DDS的工作频带受限杂散抑制差相位噪声性能§5.3DDS芯片AD9858的介绍具有1千兆次/秒的采样速率;具高达2GHz的输入时钟(可以2分频);集成有10位D/A转换器;内含32位可编程频率寄存器;带有8位并行及SPI串行控制接口;自动频率扫描功能;内带4套频率寄存器;采用3.3V低电源供电;采用100脚EPAD-TQFP封装;集成有2GHz的混频器AD9858的性能特点：AD9858的结构：AD9858的相位特点：AD9858的工作方式：（1）单频模式（2）扫频模式（3）休眠模式扫频模式原理图§5.4波形产生实例