基于ISA總線的多路同步DDS信號源設(shè)計
作者：張若禹 孫靜
摘 要：介紹了一種基于計算機ISA總線、三路同步的DDS信號源的設(shè)計。對信號源與ISA總線的接口關(guān)系以及多路DDS的同步問題進(jìn)行了討論。測試結(jié)果表明,該信號源的各路DDS具有較好的同步關(guān)系和相位噪聲指標(biāo)。
關(guān)鍵詞：頻率合成DDS ISA總線同步信號源
直接數(shù)字頻率合成(Direct Digital Frequency Synthesis)技術(shù)是近年來隨著數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種新的頻率合成技術(shù)。直接數(shù)字式頻率合成器以其極高的頻率分辨率、極短的頻率轉(zhuǎn)換時間、相位精確可調(diào)、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、易集成、體積小及成本低等優(yōu)點,在高分辨雷達(dá)系統(tǒng)、寬帶擴頻通信系統(tǒng)以及現(xiàn)代測控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。為了便于信息的采集、處理和操作控制,常常要求信號源基于PC機平臺設(shè)計。PC機內(nèi)部有兩種常用的總線,即PCI總線和ISA總線。ISA總線接口關(guān)系簡單．操作控制方便,既避免了PCI總線繁瑣的時序關(guān)系和各種苛刻的規(guī)范,又具有適中的傳輸速率,能夠滿足系統(tǒng)要求,是比較理想的DDS與計算機的接口總線。隨著電子系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷增加,單路DDS已經(jīng)不能夠滿足系統(tǒng)需求,多路DDS系統(tǒng)的設(shè)計開始成為研究的熱點。
1 系統(tǒng)工作原理
圖1是某自動測試系統(tǒng)的工作原理框圖。圖中的高穩(wěn)定度頻率基準(zhǔn)為整個系統(tǒng)提供頻率為50MHz的參考時鐘。系統(tǒng)的控制命令由計算機發(fā)出,經(jīng)過ISA總線傳輸,送到FPGA進(jìn)行緩存、譯碼,同步控制三路DDS產(chǎn)生需要的信號。其中,DDS1的輸出信號為初始相位可變,脈沖寬度、脈沖周期、脈沖個數(shù)等由計算機編程設(shè)定的射頻脈沖序列。脈沖的載波頻率在fT=2lMHz附近可調(diào)。該射頻脈沖經(jīng)過功率放大、低通濾波后,在高頻開關(guān)的控制下發(fā)射出去。接收到的反射回波由高頻開關(guān)選通,與DDS2產(chǎn)生的20MHz第一本振fLO1混頻,得到頻率為1MHz的中頻脈沖調(diào)制正弦信號。該中頻信號再分成兩路,分別與DDS3輸出的頻率為1MHz二本振fLO2的1支路和Q支路兩路脈沖調(diào)制正交信號進(jìn)行相位檢波,得到的信號經(jīng)低通濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換,送到計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。為保證收發(fā)信號有效可靠地隔離,在發(fā)射波門和接收波門之間插入等待時間。各路信號之間的關(guān)系如圖2所示。為簡便起見,圖中只畫出了DDS3輸出的I、Q兩路信號中的一路,這不影響對信號控制時序的理解。
為了便于信號處理,該系統(tǒng)對各路DDS輸出信號的時間關(guān)系提出了嚴(yán)格的要求：(1)相位檢波器的兩路正交參考信號相位應(yīng)嚴(yán)格控制在90°相差上,以保證正交檢波器的性能。(2)其初始相位可以通過計算機控制調(diào)整。(3)DDS2的輸出信號和DDS3的I支路輸出信號必須同步,以保證在DDS3同相支路上的信號相位與中頻信號的相位保持同步;同時Q路信號必須保持相位的正交。(4)每個射頻脈沖周期,各路DDS輸出信號的初始相位嚴(yán)格同步,保證回波信號的相參積累。
2 多路同步設(shè)計
圖3是該自動測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、多路DDS同步單元的實現(xiàn)框圖。經(jīng)過相位檢波、低通濾波的I、0兩路信號輸入到該單元電路中,經(jīng)OP-07放大、AD976
