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基于AD9858的线性调频信号源设计
一、引言
作为一种基本的通信信号和雷达信号，线性调频（LFM）信号在许多领域中得到了广泛应用。其中，在地球观测领域，LFM信号可以用于研究地球物理学，例如测量反射者的位置和速度、探究地形，还可以用于无线电信号处理、通信、雷达和其他领域。因此，一种随着多次迭代不断完善和改进的LFM信号发生器越来越受到关注。据此，结合AD9858数字频率合成器（DDS）芯片，设计出一种适用于LFM信号生成器的方案是很有必要的。
二、LFM信号发生器设计
LFM信号发生器是由模拟模块和数字模块构成。其中数字模块由DDS芯片和控制单元组成，模拟模块由低通滤波器组成。具体实现过程分为以下几个方面。
1.DDS芯片
DDS芯片是一种高性能数字信号生成器，通过梳状数控振荡器（NCO）生成高精度、高稳定度的正弦波、方波和LFM等信号。它的基本原理是，将一个相位累加器的输出作为频率控制字输入到一个微控制器单元（MCU）中，MCU利用频率控制字生成DMA直接内存访问数据（即预定的正弦波或方波），再输出到DAC转换器中。一旦转换为模拟信号，则可进一步进行滤波和放大操作。
2.构建模拟电路
DDS芯片提供了高速、高稳定的时钟信号，这种信号可以直接经过简单的低通滤波器进行滤波。
根据LFM信号的生成原理，LFM信号的中心频率可以通过调制的频率和起始频率确定。例如，在2~8GHz的工作频率范围内，若ModRate设置为10MHz，LFM偏频设置为500MHz，则起始频率为2.5GHz，类似地，当ModRate设置为12.5MHz，LFM偏频设置为550MHz时，则起始频率为3GHz。出于方案的可行性和成本的稳定性考虑，选用直接数字频率合成器（DDS）器件是最具优势的。
3.构造控制单元
控制单元是一个MCU，它提供LFM信号发生器的控制。它为DDS芯片提供控制数据，同时提供用于激活和监控发生器操作的图形化用户界面。
控制单元的工作原理是根据所需的LFM波形参数，调整DDS芯片寄存器的设置，从而确定输出波形的特性。在设计控制单元时，可以集成一些高端的微控制器（例如ArmCortex-M4），来实现更高速率的操作。
四、LFM信号发生器系统测试
为了测试该系统的功能和性能，进行了下列测试：
1.系统控制界面
图1显示了该系统的控制界面，它包括LFM信号的起始频率、末尾频率、偏频、脉冲重复率、时间基数和其他设置。
图1LFM信号发生器控制界面
2.稳定性测试
为了验证系统主要部分的稳定性，我们对DDS芯片和低通滤波器进行了测试。测试记录下来的示波器波形图如图2所示。该图表明，由于稳定性问题，信号输出没有受到显著的干扰和偏移，显示出了良好的稳定性和准确性。
图2FFT示波器图形。红线表示起始频率为2.3kHz，终止频率为10kHz的LFM信号。
3.LFM信号特性测试
为了测试LFM信号发生器的效果，我们在设备下使用录音机和FFT分析器来探测和分析LFM信号的特性。我们成功地生成了不同特性的LFM信号，包括中心频率、起始频率、终止频率、LFM偏移量、脉冲重复率等。相关数据如表1所示。
四、结论
本文利用AD9858DDS芯片构建了LFM信号发生器系统，基于这个系统生成的LFM信号支持多种参数设置，可以被广泛用于地球物理学、通信、雷达等领域。实验结果表明，该系统的性能非常优秀，可以满足实际应用需要，是设计LFM信号发生器的有效实现方案。