DDS器件AD9858及其在雷达信号源中的应用

DDS器件AD9858及其在雷达信号源中的应用（通用3篇）

篇1：DDS器件AD9858及其在雷达信号源中的应用

DDS器件AD9858及其在雷达信号源中的应用

摘要：介绍了美国模拟器件公司的高性能直接数字频率合成器(DDS)AD9859的主要性能，给出了其内部功能模块及工作波形图，同时给出了AD9858在雷达信号源设计中的应用方法。

关键词：DDS;相位调整;频率字控制;四相码编码调制

1 引言

近年来，随着雷达技术的迅速发展，人们对雷达信号的要求也越来越高。高精度、高扫描率、高抗干扰性、低截获率成为人们追求的目标。满足这种需求除了靠产生复杂的雷达波形外，还需要在雷达系统中应用高性能的器件。而高性能DDS技术、DSP技术及大规模可编程逻辑器件技术、电子计算机的应用为此类问题的解决提供了一种新的途径。AD9858就是一款高性能的DDS器件，可方便快速地产生线性调频、单频脉冲及编码调制信号。

图1 AD9858的系统结构图

2 器件简介

ADI公司推出的AD9858器件是具有1GSPS?千兆次取样/秒?速率的直接数字合成器?DDS?、10位D/A转换器、快速频率跳跃和精细调谐分辨率功能的单片解决方案。AD9858比先前的解决方案速度快三倍功耗却未增加，因而适合用在无线设备、军事以及航空雷达的设计当中。和其它的高速DDS产品不同，AD9858内部集成了DAC、相位/频率检测器和电荷泵，能满足设计者的低相位噪音、低虚假能量、快速频率转换和宽带宽线性扫描的要求。AD9858的主要性能指标如下：

●具有1千兆次/秒的采样速率;

●具高达2GHz的输入时钟(可以2分频);

●集成有10位D/A转换器;

●内含32位可编程频率寄存器?

●带有8位并行及SPI串行控制接口;

●自动频率扫描功能;(本网网收集整理)

●内带4套频率寄存器;

●采用3.3V低电源供电;

●采用100脚EPAD-TQFP封装;

●集成有2GHz的混频器。

AD9858芯片的主要引脚包括数据线D7～D0、地址线ADDR5～ADDR0、参考时钟输入引脚(REFCLK)、DAC输出(IOUT)、寄存器组选择信号(PS0、PS1)、频率更新引脚(FUD)、系统同步时钟(sysclk)及复位信号(RESET)等。

AD9858 芯片的系统结构如图1所示，它共分三大块：DDS核、模拟混频器和数字锁相环。DDS核可在数字域产生能够表示正弦曲线的数字值。通过设置不同的工作模式，DDS核可通过幅相转换器将这些正弦曲线值转换为频率、相位或调制成携带信息的信号;数字锁相环则由一个数字相频检测器(PHD)驱动一个具有高速锁存逻辑电路的电荷泵所组成。它与DDS核联合使用可扩大频率合成的范围。模拟混频器采用差动输入?其输入级内部采用直流偏差，外部采用交流匹配方式连接，输出为中频信号。模拟混频器主要用于通信基站的设计。

芯片的内部可用资源包括4套频率转换字(32位)、一个相位偏移字(14位)寄存器和一个控制字寄存器、一个步进频率转换字寄存器和一个16位步进频率斜率字寄存器。

AD9858的突出特点是：当其中一套寄存器处于工作状态时，允许用户改变另外三套寄存器的值。

AD9858的操作模式有单边带、频率扫描及全睡眠模式三种。常用模式为单边带和频率扫描模式。

3 AD9858在雷达信号源中的应用

3.1 雷达系统的工作原理

图2所示是一般雷达系统的工作原理示意图。图中，雷达发射机产生电磁波后，会经收发天线辐射入大气层。电磁波在大气中以光速传播，若目标在天线的波束内，则它要截取一定的电磁能并将其向各方向散射。雷达接收到这些散射电磁波后会以此来判断目标的距离和速度等信息。

雷达系统普遍采用的发射信号大致有以下几种：单频脉冲、线性调频信号及编码调制信号。为了增大探测距离，优化距离分辨率、速度分辨率等技术指标，通常还将这几种波形进行组合产生组合波形。如单频窄脉冲+线性调频、单频窄脉冲+线性调频编码调制信号等。而用高速DDS芯片AD9858形成的这些信号具有精度高、扫描率高、抗干扰性好、截获率低等特性。

3.2 基于AD9858的雷达信号源的工作流程

由AD9858产生的雷达信号源的原理框图如图3所示。该系统在工作时，控制计算机发出控制信号以决定系统产生波形的种类及参数，并将频率码打入高速DSP芯片内部。CPLD(可编程逻辑器件)根据操作模式控制信号来决定所产生波形的周期，并产生周期性的雷达中断信号(Flag为双向可编程IO引脚，可用于中断信号的接受)以中断DSP，从而使其向AD9858发控制字，并产生预期的中频信号波形。AD9858采用差动电流输出，然后经偏压电阻网络形成输出电压，再经上变频电路送至微波接口。

相对于ADI公司以往的DDS芯片而言，AD9858的优势在于其具有四套频率发生寄存器及四个相位调整寄存器，这使得它可以方便快速的产生跳频信号以及四相码编码调制信号，而且其转换时间很短。这是因为这四组控制寄存器的选择是依靠外部选择信号PS1、PS0来实现的，通常这两根选择信号连接到DSP的.可编程I/O输出引脚，通过它们对I/O引脚进行操作的时间远远小于对数据总线的操作时间。下面以四相码为例简要说明一下AD9858的控制流程?

(1)向AD9858的四个相位调整寄存器内置入0度、90度、180度及270度;

(2)向AD9858的四个频率字控制寄存器内置入编码调制信号的基率;

(3)控制CPLD向AD9858的FUD引脚发出频率更新信号并产生波形，同时启动DSP内部定时器对码元宽度进行计数;

(4) 在DSP中断服务程序中发相位选择信号，即控制PS1、PS0以进行相位选择。

图4所示是AD9858的主要控制波形。

采用AD9858产生的四相码编码调制信号码元之间的间隔仅为几十纳秒甚至更低，这是其它DDS器件所无法达到的。

实际使用证明：用上述技术设计的基于AD9858的雷达信号源工作平稳，精度高，而且工作带宽也较大(可稳定工作于300MHz)。

4 结束语

DDS芯片AD9858具有频率转换时间短，输出频带宽的优点。采用该芯片所设计的信号源结构简单，功能强，抗干扰性优越。另外，AD9858也可应用于通信领域，尤其是跳频通信。因此?AD9858具有广泛的应用前景。

篇2：DDS器件AD9858及其在雷达信号源中的应用

关键词：UML；分析建模；雷达信号分选；图

中图分类号：TP872文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21609-03

UML and it's Application to the Analysis Modeling of Radar Signal Sorting System

YONG Yuan-hong1,LI Li-ping1,LIU Nai-qi2

(1.School of E.E, UESTC, Chengdu 610054,China;2.School of C.S.E, UESTC, Chengdu 610054,China)

Abstract:UML (unified modeling language) is widely supported by software industry nowadays as a kind of standard modeling language in field of software engineering. It becomes more and more popular in systems analysis. Modeling is that people use diagrams to technically express functions of all aspects of system. Real-time UML represents one of development trends of radar software design. This paper briefly introduces UML and makes use of using case diagrams and activity diagrams of UML to process analysis modeling of software design of radar signal sorting system and to establish using case model, static model and dynamic model of software design of radar signal sorting system.

Key words:UML;analysis modeling;radar signal sorting system;diagram

1 引言

在现代战争中，雷达的大量使用形成了复杂的电磁环境。电子侦察的电磁环境的复杂、密集使雷达信号分选所遇到的挑战越来越大，雷达信号分选的实时性和识别的正确性是雷达信号分选遇到的最大挑战。这使信号分选软件设计的复杂程度也随之不断增加，而研发周期却在缩短。如何及时地开发出优质、高效、满足要求的系统性的软件是每个软件设计人员都面临的难题。此外，随着系统复杂性急剧增加，C语言对应的传统结构化设计方法已不能满足软件设计和开发的需要，能不能把面向对象开发与C语言的优点结合起来？对这个问题，已经有人提出过一些方法。主要集中在用C语言来实现C++的语法，如用结构来模拟类，用函数指针来表示成员函数。这些方法使得本来语法就已经很复杂的C语言更加麻烦，同时没有了C语言快速、高效的优点。这里提出一种新的方法，用面向对象方法进行分析和设计，最后直接用C语言进行编码。正是基于这一点，本文从软件工程学的角度将UML(Unified Modeling Language)应用到信号分选系统软件分析设计中来提高我们的开发效率，缩短研发周期。

2 UML概述

UML 通过事物、关系和图来描述建模内容。UML中有３种基本构造块。分别是事物、关系和图。事物分结构事物（包括类、接口、协作、用况、主动类、构件和节点)、行为事物（包括交互和状态机）、分组事物和注释事物。UML中有四种关系，分别是：依赖（表明对象之间的依赖性）、关联（表明对象与对象之间有联系）、泛化（一般元素和特殊元素之间的分类关系）和实现关系（规格说明与实现之间的关系）。通过事物和关系来描述客观事物的抽象。图是UML的核心；图是软件系统在不同角度上的投影；图是包含事物及其关系的组合。 UML采用多视图表示模型的不同侧面，表示各种元素和概念之间的划分，而每一类视图使用一种或两种特定图来可视化地表示视图中的概念。在UML中共定义五类、九种模型图。静态结构图（其中包括类图和对象图和用例图）、顺序图、协作图、状态图、活动图、实现图（其中包括构件图和配置图）。在开发过程中，可根据不同阶段的具体要求，选择不同的图形来描述系统的静态结构模型或者动态行为模型。

3 UML在分析建模中的优势

在工程分析与设计过程中，建模是促进开发人员对需求更好的理解、更清晰的设计、更容易维护的系统的最佳途径。它是从复杂信息中提取本质抽象的过程。而这种抽象指引着项目的方向、决定项目的成功。基于UML的分析建模，可以帮助设计和分析人员对问题的描述，以达到相同的理解，使分析的正确性得到保障。统一建模语言UML是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言，主要适用于分析与设计阶段的系统建模。UML总结了以往建模技术的经验并吸收当今优秀成果的标准建模方法。UML能够描述系统的静态结构和动态行为，是一个绘制软件概念图的图形化记法。人们可以用它绘制图形，来表示一个计划进行的软件设计的问题域，或者用这些图来表示一个已经完成的软件实现。目前， UML作为可视化、详述和构造、文档化的通用建模语言得到了界的广泛支持，并日渐成为系统分析中的一种标准建模语言。UML在建模中的優势主要表现在：

(1)UML 适用于各种软件开发方法、软件生命周期的各个阶段、各种应用领域的建模包括大型的、复杂的、实时的、分布式的、集中式数据或计算的、嵌入式的系统；

(2)在实现编程语言和开发平台方面。 UML可应用于运行各种不同的编程实现语言和开发平台的系统。其中包括程序设计语言、数据库、4GL、组织文档及固件等。在各种情况下，前部分工作应当相同或相似，后部分工作因各种开发媒介的不同而有某种程度上的不同。

(3)UML溶入了软件工程领域的新思想、新方法和新技术。它的作用域不限于支持面向对象的分析与设计，还支持从需求分析开始的软件开发的全过程。UML最主要的特点是表达能力丰富，便于人员之间的交流，利于理清系统软件各部分之间的关系，减少语义差异。

4 UML在选系统软件设计中分析建模的应用

信号分选软件是系统性的软件，所以有必要将系统分解成多个容易被理解的块，以便能够理解和控制系统的复杂性，能从整体的角度把握一个完整的信号分选系统。我们使用UML对信号分选软件系统进行分析建模，分析建模必须清楚系统需求，这是建立软件设计的基础。因此在进行分析建模之前，给出系统的硬件结构图（如图1）以便更好地理解软件系统的设计。在信号分选系统软件设计中，实时性、并发性、健壮性和可靠性是雷达分选系统软件的特点和要求。UML2。0已经吸收了各种流行工具的优点，考虑到了实时性的要求。在分析阶段用UML对其进行建模分析能对我们更好理解分选系统软件的功能，确保软件的质量。

图1 信号分选系统EVM硬件总体框架

对软件需求的完全理解对软件开发工作的成功是至关重要的，系统需求就是明确待开发软件系统的目标和功能，雷达信号分选系统的目标和功能就是从侦察系统截获的大量交叠的脉冲流中分离出各个雷达脉冲列。在了解了分选系统的硬件框架和明确分选系统的功能和目标之后，即可进行分析建模。图2是本系统分析建模的分析过程流程图。在系统的静态和动态模型以及功能模型中，功能（用例）模型是系统的核心。它驱动着其他两个模型的开发。因此，可以采用如下建模过程：首先从系统功能需求建立用例模型，确定系统的功能；随后，利用用例模型和功能需求进行分析建立系统的静态模型，并且将系统的功能需求分解。然后，建立系统的动态模型，描述各个对象如何完成指定的功能；最后，需要对前面建立的三个模型进行一致性检验，确保系统模型的一致性。按照需求分析的过程，建模首先描述系统需求，对系统的功能进行建模，得到系统的用例模型;然后根据需求对系统静态建模，以构造系统静态结构模型;最后描述系统的行为，对系统动态建模，实现系统的行为模型。本文对在分析建模中应用的主要图形:用例图、类图和活动图，并结合信号分选系统软件的开发阐述UML在分析建模中的实践。

图2 基于的需求分析过程

4.1 建立信号分选系统软件的功能模型

在功能分析阶段，要明确雷达信号分选系统的功能，主要用UML的用例图，用例图是对一个角色使用系统的一项功能时进行的交互过程的一个描述，它形象，直观，便于交流。所有用例的集合表示了系统完整的功能。但它是一种黑盒子方法，只能看到外部的功能特征，看不到内部的实现细节。系统的功能模型用例图如图3。

4.2 建立信号分选系统软件的静态模型

创建静态模型时，主要完成数据的建模。静态模型是在功能建模的基础上从软件的体系结构角度描述系统各用例内部和之间数据的关系，由于信号分选系统软件不同与一般的商业软件，针对雷达分选系统的特点，面向对象的一些高级特性不能使用，动态创建对象、派生和多态这样的特性会大大降低系统速度并增大代码空间和数据空间。本系统采用结构化的数据模型，主要的数据类型有：就是利用到达时间（TOA）、到达方向（DOA）、脉冲宽度（PW）、脉冲重复周期（PRI）、载频（RF）、脉冲调制方式（PM）等参数形成每一部待分选雷达的脉冲描述字（PDW），控制类，显示类，环境设置类。同时建立雷达系统的已知数据库和未知数据库以及对已知数据库的更新，主要应用的是类图。UML 的标准扩展把类归为三种：边界类、控制类、实体类。这三种构造型化的类从本质上来说是三层体系结构思想的体现。配置性能参数，用静态类图建立系统的静态模型。静态类图如图4。

图3 信号分选系统的用例图

定义 4 个类及类中的方法和操作：

用户类：SystemManager

边界类：ConfigUI、

控制类：ConfigWorkflow

实体类：ConfigPerformanceParaDisposal

类中衍生的表 Config Table&performanceConfigTable

图4 系统的静态类图

4.3 建立信号分选系统软件的动态模型

系统的行为模型可在系统功能和整体结构模型基本确定之后即可建立。在UML中，用来表示动态模型的图形有状态转换图、顺序图、协作图、活动图等。本文选择用活动图建立动态模型，活动图描述系统中的各种活动，实质上是一种流程图，只不过表现的是从一个活动到另一个活动的控制流。活动图描述活动的序列，并且支持并发行为和条件行为。图5给出了用活动图表达的系统动态模型。

5 结论

UML作为软件工程学的一个重要的应用工具，其分析模型的可视化和直观性得到了广泛的认同，使分析的正确性得到保障。在商业性软件的开发方面得到了广泛的应用。但在一些特定的行业的应用还不是很多，使得分选系统的软件需求，系统不同模块的功能以及系统各模块的数据关系有了一个清晰的认识。在保证软件的正确性和健壮性起到了很大的作用。由于雷达信号分选软件的特殊性和复杂性，为了成功地开发出满足要求的软件，必须有好的建模工具帮助我们对对系统功能及其数据关系有清晰，完整的认识。以UML代表的软件建模技术代表着当今软件开发的发展趋势，它势必对提高雷达软件设计的质量，推动雷达软件的開发产生重要的作用。

图5 信号分选系统的活动图

参考文献：

[1]王庆育.软件工程[M].北京:清华大学出版社,2004(7)51-71.

[2]王枫,石冰心,罗莉敏.UML建模机制研究及在系统需求分析中的应用[J].计算机工程与设计,2005(4) Vol.26 No.4

[3]Ahmad,ALsaadi.A Performance Analysis Approach Based on the UML Class Diagram[J].ACM SIGSOFT Software Engineering NotesJan.2004,Vol.29 No.1

[4]A.Bertolino, E.Marchetti, R.Mirandola. Real-Time UML-based Performance Engineering to Aid Manager's Decisions in Multi-project Planning[A]. Software and Performance [C].Proceedings of the 3rd international workshop.Jul.2002;251-261.

[5]李合生, 韩宇,蔡英武, 陶荣辉.雷达信号分选关键技术研究综述[J].系统工程与电子技术,2005(12) Vol.27 No.12.

[6]刘连柱,苗秀梅.雷达信号分选、处理方法研究[J].电子对抗,2006 No.2

[7]翁力群.雷达设计的软件系统工程结构[J].现代雷达,2006(6) Vol.28 No.6.

[8]李海.基于实时UML的雷达软件设计[J].现代雷达.2006(8) Vol.28 No.8.

[9]王辉,陆荣国,秦小麟.UML在实时软件系统中的应用研究[J].计算机应用, 2004(2) Vol.24 No.2.

[10]郑孝洋,沈安文,陈光东.用UML建模开发嵌入式软件[J].单片机与嵌入式系统应用,2006(8).

篇3：DDS器件AD9858及其在雷达信号源中的应用

AD9708是ANALOG公司生产的TxDAC系列数模转换器。它是采用单电源供电的低功耗电流输出型14位并行高速数模转换器。AD9708采用+3V或+5V单电源供电，两路电流输出，转换速率高达125MHz，建立时间不大于35ns，转换精度为1/4 LSB。在+5V电源供电的情况下，其功耗为175mW；在+3V电源供电的情况下，其功耗为45mW，并且还具有省电工作模式，在此模式下+5V电源供电时，其功耗仅为20mW。AD9708采用28脚SOIC或28脚TSSOP封装，如图1所示。

为了特殊的需要，AD9708还兼容8位、10位和12位并行数据输入。当AD9708被设置成8位数据输入时，只要把管脚1设为最高输入有效数据位（MSB），管脚8设为最低输入有效数据位（LSB）即可。

引脚排列及功能

引脚1（DB13）：最高输入有效数据位；引脚2～13（DB12～DB1）：数据输入端；引脚14（DB0）：最低输入有效数据位；引脚15（SLEEP）：休眠控制端；引脚16（REFLO）：参考地（当内部＋1.2V参考电压启用时，如果把此脚接模拟地，则内部参考电压禁用）；引脚17（REFIO）：参考输入输出端；引脚18（FS ADJ）：输出电流调整端；引脚19（COMP1）：噪声衰减模式设置端（最优设置为在此引脚与模拟供电端串接0.1μF电容）；引脚20（ACOM）：模拟共用端；引脚21（IOUTB）：电流输出端，当输入数据位全为0时，输出电流最大；引脚22（IOUTA）：电流输出端，当输入数据位全为1时，输出电流为0；引脚23（COMP2）：开关驱动电路偏置控制；引脚24（AVDD）：模拟供电电压(+2.7 ~＋5V)；引脚26（DCOM）：数字共用端；引脚27（DVDD）：数字供电电压(+2.7~＋5V)；引脚28（CLOCK）：时钟输入端。

内部结构与功能

AD9708的内部功能框图如图2所示，AD9708内部集成了＋1.2V参考电压、运算控制放大器、电流源和锁存器。AD9708也可以用外部参考电压来工作，通过调整连接18管脚的外接电阻(RSET)可使输出电流值在2～20mA范围内变化。两个电流输出端IOUTA和IOUTB成互补关系，当输入数据全为高时（例如DAC CODE＝214-1＝16383），IOUTA的输出值为满值，而IOUTB输出为0。输入数据与输出电流的表达式为：IOUTA＝(DAC CODE/16384)×IOUTFS;IOUTB＝(16383-DAC CODE )/16384×IOUTFS。其中，IOUTFS是和参考电流IREF有关的参量，且它们有以下关系：

IOUTFS =32× IREF

其中 IREF = VREFIO/RSET

若在两输出端加上匹配的负载电阻，可将电流值转换为电压值，电路连接如图3所示，输出电压为：VOUTA=IOUTA×RLOAD；VOUTB= VOUTB×RLOAD。

在特定的电路应用中，常会遇到输出驱动能力不够的现象，为了克服这一现象，可在AD9708的输出端加一运算放大器对其输出进行放大，参考电路如图4所示。

按照图3所示在输出端直接加匹配的负载电阻，以及图4所示只在一个输出端加运放的方法，得到的电压只有正极性。为了得到正负极性的电压输出，可以把两输出端IOUTA和IOUTB接成差模输出，参考电路如图5所示，输出电压为：VDIFF =(IOUTA-IOUTB)×RLOAD；VDIFF = {(2DACCODE-16383)/16384}×(32RLOAD/RSET)×RREFIO。

AD9708必须在时钟的驱动下才能把输入数据存入片内的锁存器中，其触发方式为沿触发（上升沿触发），其时序图如图6所示。

图6中，输入建立时间tS = 2.0ns，输入保持时间tH = 1.5ns，时钟的脉冲宽度tLPW = 3.5ns，输出建立时间tST = 35ns，输出延迟时间tPD = 1.0ns。

应用电路