基于AD9957的多波形雷达信号产生器

O 引言
自1971年J．Tierney和C．M．Tader等人首次提出了DDS的概念，作为一种先进的信号产生技术，经过近40年的发展已经广泛应用于信号源仪器、测量分析仪器、通讯、数字信号处理、工业控制，软件无线电等领域。目前国内外有关雷达信号产生研究的报道很多，国外的研究做得比较全面：多采用软硬件相结合的设计方式，系统灵活，并满足信号实时输出的要求；设计上采用微处理器和DSP技术提高了系统的性能；采用工业标准的总线结构以及模块化设计使系统具有良好的通用性、兼容性和可扩充性。
本文讨论的基于AD9957的多波形雷达信号产生器实现方案，融合了RS 232串口通信、FPGA和DDS等多种技术，具有数字化、多功能和可编程的特点，并在模块化设计方面做了一些探索和尝试性研究。

1 整体方案设计
图1为多波形雷达信号产生器的总体结构框图。系统主要由PC软件，波形控制和波形产生三部分构成。图1中各部分电路简介如下。

(1)PC软件编程。应用VC编写人机交互界面，并用其调用Matlab产生的数据。
(2)复位电路。波形产生器的上电复位或手动复位电路，对波形产生器进行上电初始化或手动初始化。
(3)波形数据库内存RAM。波形数据库内存存储项目要求的所有波形数据，为波形发生器提供需要的波形数据。
(4)UART收发器。完成PC与FPGA之间的通信。
(5)电源电路。为波形产生器、波形控制模块提供需要的电源。
(6)波形控制模块。波形控制模块接收从接口电路输入的控制信号，按照系统的要求，完成对波形发生器的波形数据配置，输出需要的波形信号。
(7)波形发生器。波形发生器是信号产生器的波形信号源。
(8)FPGA器件配置与编程电路。FPGA器件配置与编程完成对FPGA器件的数据编程与配置。
(9)时钟电路。为波形产生器和FPGA提供工作时钟。

2 主要功能模块介绍
2．1 数字正交上变频芯片AD9957介绍
AD9957是美国AD公司(Analog Devices Inc．)生产的具有18位I，Q数据和通路，内置14位数／模转换器的数字正交上变频集成电路。AD9 957具有32位相位累加器；内置1 024×32 b RAM，可实现内部调制功能；内部采用1．8 V和3．3 V供电，超低功耗；内置的低噪声参考时钟倍频器允许用低成本、低频外部时钟作为系统时钟，同时仍可提供优良的动态性能。AD9957有3种工作模式：正交调制模式、单频输出模式、插值DAC模式。
2．2 UART收发器设计
本文中PC与FPGA内部RAM间的通信是通过UART收发器完成的。图2为通过FPGA设计的UART收发器的顶层原理图，主要由uartrx(接收模块)和uarttx(发射模块)两部分构成。在完成数据传输的同时还可以通过集成到Matlab人机界面中的串口调试程序查看FPGA接收到的数据的正确性，可以简化程序调试过程。

2．3 波形控制模块
目前波形控制器通常采用单片机、现场可编程门阵列器件和DSP三种方法来实现。基于系统时序控制要求、电路改动与运行可靠性、开发成本及周期等多个方面综合考虑，在设计中选择FPGA来实现波形控制电路。FPGA不仅可以解决电子系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且其开发周期短、开发软件投入少、可重复编程使用。图3为AD9957的波形控制模块。其中M1和MO是模式控制码，F[2．．O]是工作区选择码，S_CLK为串口时钟，S_DATA为串口数据。图4为AD9957控制模块仿真时序图，从图中可以看出S_DATA和S_CLK是一一对应的。