用PIC单片机控制DDS芯片AD9852实现雷达跳频系统

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摘要：DDS具有分辨率高、转换速度快的优点。在一些需要高频分辨率、设置转换度的应用场合，尤其是雷达及通信系统中的跳频信号源中，DDS技术具有其它频率合成方法无法比拟的优势，是一种很有发展前途的技术。介绍了DDS的基本原理及DDS芯片功能特点以及DDS芯片AD9852的结构、特点，并采用PIC单片机控制AD9852，实现了跳频频率合成器。

    关键词：DDS 频率分辨率 转换速度 频率合成 PIC单片机

在研制雷达系统时，常常需要应用频率合成技术来实现跳频信号源。频率合成是指从一个高稳定的参考频率，经过各种技术处理，生成一系列稳定的频率输出。现在应用最广的是锁相环（PLL）频率合成技术，它是通过变化PLL中的分频比N来实现输出频率的跳频的，但无法避免缩短环路锁定时间与提高频率分辨率的矛盾，因此很难同时满足高速和高精确度的要求。直接数字式频率合成（DDS）是近年发展起来的一种新的频率合成技术。它将先进的数据处理理论与方法引入频率合成领域，是继直接频率合成（DS）和间接频率合成（IS）之后的第三代频率合成技术。DDS的优点是：相对带宽很宽，频率转换时间极短（ns级），频率分辨率很高（可达μHz），全数字化结构便于集成，输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控。因此能够与计算机紧密结合在一起，充分发挥软件的作用。在实际应用中，可以采用单片机来代替计算机对DDS芯片进行控制，实现合成频率的输出。因此在很短的时间内，DDS得到了飞速的发展和广泛的应用。
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1 DDS的基本原理

DDS技术是一种把一系列数字量形式的信号通过DAC转换成模拟量形式的信号的合成技术。正弦输出的DDS的原理框图如图1所示。相位累加器在A位频率控制字FCW的控制下，以参考时钟频率fc为采样率，产生待合成信号相位的数字线性序列。将其高P位作为地址码，通过查询正弦表ROM，产生S位对应信号波形的数字序列S（n），再由数/模转换器（DAC）将其转化为阶梯模拟电压波形S（t），最后由低通滤波器LPF平滑为正弦波输出。

频率控制字FCW和时钟频率fc共同决定了DDS输出信号的频率f0，它们之间的关系满足：

f0=(FCW/2A)·fc    （1）

所以，在DDS结构及fc确定的前提下，通过FCW的控制就可以方便地控制输出频率f0。其频率分辨率为：

f=f0min=fc/2N    （2）

按照Naquist准则，最高输出频率可达0.5fc。但考虑到实际低通滤波器的限制，最高输出频率一般为0.4fc。

由于DAC非线性作用的存在，使得查表所得的幅度序列从DAC的输入到输出要经过一个非线性过程。于就会产生输出信号f0的谐波分量。又因为DDS是一个采样系统，所以这些谐波会fc为周期搬移，即：

f=μfc±vf0    (3)

其中，u、v为任意整数。它们落到Nyquist带宽内就形成了有害的杂散频率，频率的位置可以确定，但幅度难以确定。所以在工程设计过程中要充分考虑输出频带，注意避免上述杂散分量落入其中，以此来获得较好的杂散指标。javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

2 DDS芯片介绍

DDS的诸多优点使它得到了非常广泛的应用。在数字调制方面，它可以用来实现FSK、QPSK、8PSK等调制。在转达频率源方面，它可以实现多点、窄步长、高相噪的点频输出的频率源以及线性调频输出频率源。在扩频通信方面，它可实现CDMA工作方式以及多种规律的跳频模式。

现在国外已经有非常成熟的DDS芯片。Qualcomm公司推出了DDS系列Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368，其中Q2368的时钟频率为130MHz，分辨率为0.03Hz，杂散控制为-76dBc，变频时间为0.1μs；美国AD公司也相继推出了他们的DDS系列：AD9850、AD9851、可以实现线性调频的AD9852、两路正交输出的AD9854以及以DDS为核心的QPSK调制器AD9853、数字上变频器AD9856和AD9857。AD公司的产品全部内置了D/A变换器，称为Complete-DDS。其中，AD9852时钟频率为300MHz，近端杂散抑制优于-80dBc，远端优于-48dBc，相位噪声为-148dBc/Hz@10kHz，频率跳变速度为130ns，频率分辨率为1μHz。

AD9852主要由48位的频率寄存器、48位相位累加器、正（余）弦查询表（带正交输出）、幅度调制寄存器、乘法器和12位D/A转换器构成。

AD9852可以实现单频、FSK、Chirp、FM Chirp、BPSK等多种输出形式。用其中的Chirp模式和FSK模式可以方便地实现跳频功能，满足雷达跳频系统的要求。使用时只要初始化DDS，设定跳频持续时间和跳频间隔时间即可实现自动跳频。这比以往的DDS芯片如AD9850要方便得多。

AD9852的管脚分为三部分：（1）数据及控制端口；（2）电源部分；（3）参考及输出部分。

由于AD9852是目前市场上性价比较高的DDS器件之一，而且AD9852具有线性调频功能，可以方便实现频率的跳变。所以在雷达跳频系统中最终采用了AD9852芯片。下面就该芯片的应用设计做一简要介绍。

3 频率合成器的设计

要让AD9852工作，需要按下列流程初始化：javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>

（1）数据在WR信号控制下从并行输入口D0～D1写入48位并行寄存器，或在SCLK控制下从串行输入口SDATA写入48位串行寄存器。

（2）对S/P SELECT置1或置0以决定输入数据是并行还是串行。1为并行，0为串行。

（3）AD9852芯片内部不带带通滤波器，所以外围电路中应该实际工作需要外

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