基于AD9854的线性调频信号发生器的设计
摘 要 为了实现高性价比、低相噪和低杂散的扫频信号源， 本文提出了以美国AD（Analog Devices）公司的直接数字频率合成芯片AD9854为核心的设计方案。针对芯片的功能特点进行了介绍，信号源的控制部分采用了单片机AT89S52，给出了信号源的滤波及放大电路。并针对信号源的功能进行了C程序设计，完成了系统的设计实现。
【关键词】线性调频 滤波 放大器 信号源
1 引言
目前，雷达高度表主要采用脉冲体制和连续波体制。脉冲体制雷达高度表包括单脉冲体制、线性调频脉冲体制、伪随机二相编码脉冲体制等。其中，采用调制技术的脉体制雷达高度表相对单脉冲体制雷达高度表，具有更好的测高性能和抗干扰能力。要进一步提高这种体制雷达高度表的性能，当前解决方法只能是提高发射功率。然而，大功率脉冲体制雷达容易被敌方侦察和干扰，在一定程度上会降低该雷达高度表的安全性。
连续波线性调频体制雷达高度表比脉冲体制高度表具有更好的性能。目前，产生线性调频信号有两种基本方法，即模拟法和数字法闭。模拟法是传统的方法，又可分为有源和无源两种方法。有源法存在线性调频信号的载波与基准信号相位不相参的问题，并且振荡器长期和短期稳定度差，振荡频率随温度变化会有漂移，相位噪声性能亦不佳。无源法产生线性调频信号的方法难以实现大的时宽和带宽。
直接数字频率合成是一种产生线性调频信号的数字法。用这种方法产生线性调频信号及其它频率合成信号的技术日益受到重视，并得到了广泛的应用。通过单片机控制，直接数字频率合成技术能产生频率、幅度、相位精确易受控制的输出波形。本文以ADI公司出品的直接数字频率合成芯片AD9854为核心产生线性调频信号。
2 AD9854芯片简介与特点
AD9854数字合成器是高集成度的器件，它采用先进的DDS技术，片内整合了两路高速、高性能正交D/A转换器通过数字化编程可以输出I、Q两路合成信号。在高稳定度时钟的驱动下，AD9854将产生一高稳定的频率、相位、幅度可编程的正弦和余弦信号。AD9854内部包括一个具有48位相位累加器、一个可编程时钟倍频器、一个反sinc滤波器、两个12位300MHz DAC，一个高速模拟比较器以及接口逻辑电路。AD9854的300M系统时钟可以通过4X和20X可编程控制电路由较低的外部基准时钟得到。直接的300M时钟也可以通过单端或差分输入。AD9854还有单脚输入的常规FSK和改进的斜率FSK输出。AD9854采用COMS工艺在3.3V单电源供电的情况下能提供强大的功能。
3 线性调频电路硬件设计
3.1 系统硬件结构
整个线性调频电路供电电压为5V和3.3V，系统硬件结构如图1所示。图中以单片机为控制核心，通过按键设置频率范围和频率步进值，设定值通过数码管显示。单片机通过控制线、数据线与AD9854联接，发出相应的控制字，进行频率更新。AD9854输出的信号在频率较高的情况下，信号噪声很大，影响信号质量，信号频率升高后，峰值会进一步下降。为此需要在AD9854发出信号后进行滤波，滤波后电路进行放大，最后通过示波器显示输出信号。
3.2 系统滤波放大电路
AD9854输出的信号在低频情况下，一般在5M以下信号输出受干扰比较小，信号频率上升，如果没有滤波电路，输出信号频率失真，频率越高失真越严重。为了消除这一现场，必须对输出信号进行滤波，信号源设置输出频率在40M以内，因此滤波电路设计为40M以下低通，频率特别高的低通滤波器要求电感值特别的小，一般都采用贴片形式的。具体电路如图2。
AD9854芯片供电电压为3.3V，除了需要外接滤波电路，还需要加放大电路。随着频率的升高，信号输出电压会降低，放大电路的设计，以AD8009为核心放大芯片，AD9854内部DA是电流型输出，IOUT与IOUTB互补电流输出，别分接50Ω电阻把输出电流转化为输出电压V1和V1B，V1为同方向放大，V1B为方向放大，根据叠加原理，输出为正比与两路电压之差。AD9854有两路正交输出信号，故而放大电路需要两组。图中给出了其中一组放大电路。具体电路如图3所示。
4 AD9854信号源的软件设计思路
软件部分设计是通过程序设计相关寄存器，使系统按设计要求运行，本系统主要部分是将AD9840的两个48位的频率控制字通过单片机写入到AD9854的频率控制寄存器中，扫频信号需要设置起始扫描频率、终止扫描频率、扫描步进频率、扫描步进速度。本系统设计是通过键盘模式输入相关值，通过LED显示相关数值。AD9854有串行和并行两种配置方式，本文采用的是并行写入方式。
5 结束语
本文在介绍DDS芯片AD9854的基础上，采用单片机并行控制控制方式，设计了线性调频信号发生器给出了硬件结构图，并详细设计了滤波电路，放大电路，最后给出了软件设计流程图。笔者通过实际电路的测试，该设计方案正确可行，频率控制简单、灵活、可直观显示在数码管，具有良好的应用前景。
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作者简介
冀勇钢（1981-），男，陕西省渭南市人。现为辽宁铁道职业技术学院讲师。研究方向为嵌入式，EDA技术。
作者单位
辽宁铁道职业技术学院 辽宁省锦州市 121000
