基于AD9854的高品质LFM设计

2 LFM方案设计
2．1 硬件组成
利用AD9854直接频率合成器与正交调制器、可编程器件和其他匹配电路构成一个通用的信号产生平台，通过改变可编程器件设计，可以产生不同的信号形式，其组成如图2所示。

2．2 产生线性调频信号CPLD设计
CPLD设计要求：上电后根据控制码设置DDS内部寄存器，并由主触发信号的上升沿和下降沿产生两个更新时钟，在两个更新时钟之间置寄存器1F(H)的D6(CLR ACC2)位为高电平，在两个更新时钟之外置寄存器1F(H)的D6(CLR ACC2)位为低电平，DDS工作时序如图3所示，其输出对应脉冲线性调频信号。图4给出CPLD设计的仿真结果。

2．3 其他设计
由于正交调制器对镜像和本振泄漏抑制较大，所以波形产生的上混频采用正交调制技术。但是DDS的固有结构使得DDS产生的I／Q信号，当LFM脉冲休止期，Q路信号输出为一直流最大值，此时正交调制输出会有强的本振泄漏，所以工程上要求输出无直流。Q路的输出直流可以通过一个专门12位寄存器进行控制。在工程设计时，运用此功能实现了对Q路输出直流的控制，但是导致Q路与I路有一定的时延，在一定程度上减小了本振泄漏，但镜像抑制受到影响。此次设计中为了改善这种缺陷，采取了新的方法，即I，Q两路信号经变压器耦合去掉直流，并根据正交调制器的要求进行直流偏值和最佳电平的设计。调制后的信号经过窄带带通滤波器对镜像和本振泄漏可获得更好的抑制。同时利用了正交调制器的开关功能，抑制工作时段外的本振泄漏及噪声电平，实现了脉冲休止期无杂散输出。
2．4 注意事项
DDS参考时钟一般都是由频合器直接提供的单端信号，最好用巴伦或单端转差分IC将其变成差分信号，这样可以在印制板布线时布成差分线即可，否则300 MHz的频率已进入微波频段，如使用单端信号印制线，需按微带线或带状线设计，增加印制板的设计难度和制造成本。设计不良的电源退耦会影响DDS输出信号质量。为了充分发挥AD9854的性能，以获得更好的效果，PCB应该采用多层板，而且电源和地应该分别作为独立层来处理。电源必须使用适当的去耦技术，在电源的输入端使用一个高质量的钽电容，通过大面积、低阻抗的接地面进行去耦，将低频噪声旁路，同时使用小的铁氧体磁珠可以减少电路其他部分的高频噪声。在器件的电源管脚和地管脚之间就近使用表面贴装的片状陶瓷电容进行滤波，因为这种电容的寄生电感很小。
在AD9854的55管脚与模拟电源之间串联一个0．01μF，可以提高无杂散动态范围。输出电流可以设计在5～20 mA范围内，当输出电流为10 mA时，可以获得最好的无杂散动态范围。设计时，可通过调节负载获得不同幅度，但峰值不能超过1 V。AD9854工作时发热较大，应在芯片底部设有整块散热铜箔，并通过多个过孔与印制板的底层(接地层)铜箔相连，以加强导热能力，最好在其顶部粘结散热器。

3 试验结果
目前，已研制出该波形产生器，其体积为140 mm×60 mm×20 mm，输出频率为L波段，本振抑制小于等于-60 dBc，镜像抑制小于等于-65 dBc，当重复频率为3 kHz时，谱线间相噪小于-90 dBc／Hz，脉冲休止期无杂散。从测试结果可以看出，该波形产生综合指标较好。该波形产生器在某部新一代高精度雷达系统中应用，效果良好。
AD9854是AD公司生产的直接频率合成器，AD8349是AD公司生产的正交调制器。实验结果表明，利用AD9854和AD8349产生的线性调频信号性能优良，能够满足高精度雷达系统的指标要求。

4 结 语
该方案采用的DDS能够产生两路正交的宽带差分信号，相位误差最大为1°。由于信号经过滤波器和变压器与正交调制器相连接，使得输入正交调制器的宽带差分信号IB，IP，QB，QP，其正交性、幅度一致性都很难控制。为此，可以在方案设计时采用两片DDS，分别产生I，Q两路信号，以分别控制输出幅度和相位，从而获得更好的载频抑制和镜像抑制。