基于AD9910的线性调频信号发生技术(1)

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科
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【参考文献】
［1］赵景亮.AutoCAD2004 与 AutoLisp 二次开发技术.
［责任编辑：曹明明］
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在 RAM 调制模式下，用户可以任意改变 DDS 信号控制参数来产 生各种信号，典型应用如 FSK、PSK、ASK 以 及 用 户 可 自 定 义 的 非 线 性 扫描信号。 这种模式下的 RAM 寄存器和单点调制模式下的单频信号 寄存器复用同一地址，通过芯 片 的 功 能 控 制 寄 存 器 CFR1～CFR2 来 控 制选用哪种模式。
AD9910 主 要 有 4 种 工 作 方 式 ： 单 频 模 式 、RAM 调 制 模 式 、DRG 调制模式和并口调制模式。
在单频模式下, AD9910 输出点频 信 号 。 AD9910 共 有 8 个 64 位 单频信号寄存器，可以存储 8 个单一频率控制字，每个寄存器中包含 了频率控制参数、 相位控制参数和幅度控制参数。 利用用芯片管脚 PROFILE0～2 可以选择使用哪个 Profile 寄存器。
1 DDS 芯片 AD9910 简介
AD9910 是 Analog Device 公 司 近 年 来 推 出 的 一 款 性 价 比 很 高 的 DDS 芯 片, 它 集 成 了 14 bit 数 模 转 换 器 （DAC）并 且 支 持 高 达 1 GSPS 的采样率，理想频率分辨率可以达到 0. 23Hz, 具有 32 位相位累加器， 自带线性或任意频率、相位或幅度扫频电路。 内部自带反 sinc 修正电 路，8 个频率和相偏备份用于快速调频或调相。 1024×32 位内部 RAM 用 于 预 先 定 义 好 的 调 制 [3]。
带宽为 200M 的线性调频信号达到以下指标：带外杂散优于-55dB，输 出 谐 波 优 于-50dB ，完 全 满 足 指 标 的 要 求 ，可 用 于 通 用 的 测 试 系 统 中 。
3 结束语
本 文 介 绍 了 利 用 DDS 方 式 直 接 产 生 线 性 调 频 信 号 的 设 计 方 案 ， 该方案属于全数字设计，使得设计更加灵活，易于调试。 随着数字技术 的不断发展，直接数字式频率合成器技术将会得到不断的完善。 DDS 信号源的采样工作频率将越来越高，输出信号杂散越来越小。 应用也 将越来越广泛。 科
● 【参考文献】
［1］衍 忠 . 超 宽 带 脉 压 雷 达 信 号 产 生 系 统 研 究 . 电 子 科 技 大 学 博 士 论 文 . ［2］熊慎伟.基于 DDS 的宽带雷达信号产生系统.子工程信息,2005,(1):35-37.
［3］AD9910 Data Sheet Rev.0 (Analog Devices Inc)，2007.
图 4 250M 中频、200M 带宽、30us 时宽的 LFM 信号的波形和频谱
作者简介：时慧，2005 年毕业于西安电子科技大学，获 学 士 学 位 ，助 理 工 程 师，主要从事电路设计相关工作。
由图 4 的测试结果可以看出，采用 AD9910 产生的 中 频 为 250M，
［责任编辑：曹明明］
DRG 调制模式与 RAM 调制模式实现功能相类似，不同点是该模 式利用累加器对 DDS 所需的信号参数进行调制。 在这种模式下，可以 产生较好的线性调频信号。
并口调制模式主要应用于需要频率或者相位极快变化的场合，例 如跳频合成器、高速波形发生器等。 因为 AD9910 提供了更新速率 可 达 250MHz 的 l6bit 快速编程的并行接口， 每隔 8ns 即 可 更 新 一 次 32 bit 的频率控制字。
科技信息
表 1 精确计算模式和传统经验公式计算转子额定温度的比较
机组类型
Hale Waihona Puke 额定参数计算结果比较
在动态时匝间短路情况。 结果证明精 确计算公式的计算结果更接近真实
型号
冷却 转子 转子 汽端入 励端入 经验 容量
方式 电压 电流 口风温 口风温 公式
精确
与额定风温比较
K值
公式
额定 差值
值，更能准确的反映转子温度。
波形输出单元主要由电阻，变压器，放大器和低通滤波器组成，主 要完成 DDS 输出信号的滤波、放大等功能。 其电路如图 2 所示：
图 2 波形输出电路
AD9910 输 出 的 20mA 电 流 信 号 经 过 R55，R56 电 阻 转 换 成 差 分 电 压 信 号 ，再 经 过 变 压 器 （T1）转 换 成 单 端 电 压 信 号 ， 150M~350M 的 带通滤波器滤除其带外杂散和镜像后再通过数控衰减器来控制信号 输出功率，衰减器的输出经过隔直放大后输出。
温升的变化，准确反映了转子匝间短 路等运行状态，保证发电机转子在额定温度下运行，并为实现同步电 机，发电机的状态检修，提供了可靠的技术依据。 由于无刷励磁的发电 机转子电流无法测量，因此，该监测仪不适合于无刷励磁的发电机。
科 ［责任编辑：王静］
路现象，而在运行中传统经验公式的 K 值却是恒定的不能反映发电机
4 结语
#1 发电机 QF50- 2 50MW 氢冷 262V 522A 40℃ #2 发电机 QF50- 2 50MW 氢冷 270V 540A 40℃
40℃ 115.7℃ 110℃ 782 110℃ 5.7℃ 40℃ 145.8℃ 110℃ 776 110℃ 35.8℃
发电机转子在线监测仪可以利 用转子温度精确计算公式代替传统
算， 从而最大限度地减小了误差，实 现了实时监测，同时它能够通过转子
表 1 是平煤集团瑞平电厂 #1、#2、#3、#5 发电机额定参数下，两种 计算模式反推发电机的转子额定温度比较结果。
从以上数据对比 ， 可以看出： 精 确 计 算 公 式 TLC=T0+△TLE（IL/ILE）2 和 传 统 经 验 公 式 T 经 验=K[（V-5）/I]-235℃的 计 算 结 果 ，存 在 很 大 的 差 异；特别是 #1 发电机在静态测量其转子直流电阻时合格 ，但是在空载 实验时从示波器上和发电机空载特性曲线上却明显反映出有匝间短
【关 键 词 】直 接 数 字 频 率 合 成 ；AD9910 ；线 性 调 频 信 号 Generating Technology of LFM Signal Based on AD9910
【Abstract】This paper introduces the theory of DDS and the characteristics of AD9910,and particularly discuss a scheme using FPGA control DDS to generate LFM signal.The scheme realize integration, reduce the cost and easy to adjust.
#3 发电机 QF50- 2 25MW 空冷 180V 372A 40℃ 40℃ 130.5℃ 130℃ 777 130℃ 0.5℃ 的经验公式 ，用 计 算 机 代 替 了 人 工 计
#5 发电机 QF50- 2 50MW 氢冷 252V 527A 40℃ 40℃ 136.7℃ 125℃ 793 125℃ 12.7℃
【Key words】Direct digital synthesis;AD9910；Linear frequency modulation signal
0 前言
线性调频信号（LFM，也称为 Chirp 信号），是一种最常用的雷达信 号，因其具有良好的脉冲压缩特性和分辨能力，在合成孔径雷达以及 相控阵雷达中得到了广泛的应用[1。 数字频率合成技术（DDS）以其相 对带宽较宽、频率转换时间短、相位连续性好以及集成化度高等优点 成为线性调频信号发生技术的设计主流[2]。 在某型号信号模拟系统中， 要求产生中心频率 250M，扫频带宽为 200M 的宽带扫频信号。 根据设 计要求，选用 AD 公司的 DDS 芯片 AD9910，配以 FPGA 来实现宽带扫 频信号的产生。
在各个工作模式下对芯片的操作只需要选择相应的模式,并写入 相应的控制字即可。 根据 AD9910 的功能特点及设计要求，在本文 中 选择使用的是线性调频模式即 DRG 调制模式。
2.1 时钟设计 由 DDS 的原理可知， 整个 DDS 系统在一个统一的时钟信号即采
样时钟下工作。 该时钟的质量直接决定了最终输出波形频率的精度、 稳定度以及输出信号的相噪，在本设计中采用了晶体振荡器。 高稳定 的 10M 晶 振 产 生 的 时 钟 信 号 通 过 REF_CLK 引 脚 输 入 到 AD9910，经 过 AD9910 内部的锁相环 100 倍频后生成 1G 的采样时钟。 2.2 控制接口电路
2 系统设计
系统主要由上位机，FPGA 单元，DDS 单 元 ，参 考 时 钟 以 及 波 形 输 出模块组成，如图 1 所示：
图 1 系统总体框图
图 3 软件流程图
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2010 年 第 17 期
SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
○百家论剑○
上位机根据用户设定的线性调频信号带宽， 扫描时间等参数，计 算出 AD9910 相应的配置数据， 送入 FPGA，FPGA 接受到上位机的控 制数据后按照 AD9910 的时序送入到 AD9910 中，完成 DDS 模块的设 置。 AD9910 是通过串行模式来接受各种配置数据， 主要通过使用了 nCS，SCLK，SDIO 以 及 IO_UPDATA。 在 片 选 信 号 nCS 为 低 的 时 候 ， AD9910 在 SCLK 的上升沿采样 SDIO 信号，前八个 SCLK 周 期 为 指 令 周期，后面跟着若干数据周期。 指令周期由 1 位读写位（Bit7），2 个无 关位（Bit6,Bit5）和 5 个地址位（Bit4~Bit0）组成。 根据不同的地址，数据 周 期 的 长 度 为 16 位 ，32 位 或 64 位 不 等 。 尽 管 AD9910 的 送 数 可 以 MSB 优 先 或 LSB 优 先 ， 为 了 方 便 ， 在 设 计 中 ， 采 用 AD9910 默 认 的 MSB 优先模式。 2.3 波形输出电路