以直接数字频率合成为基础的线性调频脉冲信号技术

山东康泰实业有限公司 周长伟



以直接数字频率合成为基础的线性调频脉冲信号技术

山东康泰实业有限公司 周长伟

【摘要】近年来，数字信号处理技术的革新，为直接数字频率合成技术提供了更加广阔的应用空间。其以数字电路为前提实现频率合成。大规模数字可编程芯片的出现和应用，简化了模拟电路频率合成技术对相位和频率的控制流程，使其更加精确。笔者着重对基于直接数字频率合成技术的线性调频脉冲信号技术进行论述，为其提供理论基础。

【关键词】直接数字频率合成；线性调频脉冲信号；DOM查找表

1　引言

频率合成技术是指通过信号处理技术对相关参考频率进行处理，生成具有同等稳定优势和准确度优势的离散频率。通过晶体振荡器能够产生参考频率，而合成的离散频率和参考频率又具有一定相关度。应用频率合成技术能够提升频率源的性能，进而实现雷达、电子对抗和仪器仪表等系统性能的优化。直接数字频率合成技术以其全数字化结构和集成、功耗、体积、重量和可靠性等方面的优势，逐渐被应用到线性调频脉冲信号中。

2　直接数字频率合成技术的基本工作原理

2.1DDS的基本构造

直接数字频率合成包括外部器件和内部器件两大部分。内部器件又包括相位累加器和正余弦查找表。技术人员要加入包括数模转换器和低通滤波器的外围器件，以实现模拟波形的输出。同时，技术人员也可以应用DDS+PLL的频率合成模式，确保直接数字频率合成输出的规整性。

2.2DDS的基本工作流程

首先，依据所要输出的频率对频率控制字进行确定。其次，按照相关要求对频率控制字进行循环累加。第三，对初始相位和相位寄存器锁存相位信息进行叠加。第四，对相位信息的高位ROM寻址地址进行截断。第五，通过DAC使ROM输出的数据形成模拟量波形。第六，经过低通滤波的作用使DAC输出的阶梯形波形转化为低通滤波[1]。

参考频率源，即fc，其一般为稳定性比较高的晶体振荡器。被应用到直接数字频率合成中，实现各部件的同步工作。将输出与晶体振荡器同等稳定度的合成信号频率。基于标准频率参考源背景，频率控制字K能够对相关相位增量进行确定，而相位累加器也可以通过步长M实现线性累加。当相位累加器达到一定的度就会溢出，说明其已经完成一个周期性动作，其即为直接数字频率合成信号的一个周期。一般N位相位累加器的最大值和最小值分别为2N-1和0，其最终输出信号频率能够用公式表示为：

因为受限于实际应用，所得值M经常会存在相应的误差。技术人员可以只保留K的整数部分，确保其最终输出信号频率误差不超过频率分辨率。如果应用四舍五入的方法对M的小数部分进行处理，则能够确保频率误差不超过频率分辨率的一半。其应用过程中涉及到的相位累加器和ROM查找表分别为32位和10位。

直接数字频率合成技术的应用原理是对信号幅度、频率和相位参数等相关原理进行确定，进而生成与之相关的信号波形。或者给定输入时钟和频率控制字K，并对与之相关的正弦信号进行输出。直接数字频率合成技术是以全数字结构为基础进行应用的，因此其具有独特的应用优势[2]。

输出频率：

其中：fout是输出频率，fc是采样时钟，N为相位累加器位宽，M为频率控制字。

技术人员可以将正余弦查找表的深度假设为1024，采样时钟假设为100MHz，则输出一个完整的ROM表正余弦信号的频率是。进而得到理论输出的最大频率50MHz。表明，直接数字频率合成基础的带宽受到采样率影响。下一周期初始相位会受到正余弦查找表相位截断的影响，技术人员可以应用DDS+PLL合成技术优势弥补直接数字频率合成技术的不足，进而提升整体应用质量。PLL锁相环能够将采样时钟倍频到相应的程度，进而使波形相位问题得到良好的优化和解决。

3　直接数字频率合成技术的实现

借助FPCA对内部器件进行实现。由于受到采样率的制约和限制，使FPGA不能达到相应的频率。技术人员可以应用四路同步采样方式，对工作时钟进行降低和控制，进而对四路信号进行合并，使其成为一路完整的信号进行输出。

可以应用上述公式进行反推，得出频率控制字。而相位控制字为：

其中：Poffset为相位偏移量，Pc为相位控制字。

进而得到相位控制字控制寻址的初始相位。将其设置为0，可以在相位调制的过程中对其进行处理。频率步进的功能是对频率逐渐变化的线性调频信号、步进频信号和相关三角波和锯齿波信号灯信号波形进行产生，得出频率步进字公式：

带宽和时宽分别为有效脉冲的频带宽度和持续时间，时宽是采样频率，即四路时钟的总和[3]。

4　线性调频脉冲信号的产生及仿真结果

线性调频信号借助非线性相位调制或者线性频率调制能够得到大时宽带宽积的典型案例。线性调频信号作为一种脉冲压缩信号，目前应用比较普遍。相关技术人员一般将其应用到雷达发射信号中，进而提升信号带宽，扩充其信息量，并对雷达进行干涉，最大程度避免敌方对信号信息的窃取。雷达脉冲宽度即信号时宽，其能够对雷达分辨率产生影响。事实上，带宽与时宽存在相应的冲突。技术人员要结合具体的雷达情况对时宽带宽积进行确定，以确保其达到良好的应用效果。

综上所示，将直线数字频率合成四路，产生相应的线性调频脉冲信号。技术人员可以对设计参数进行确定。相位控制字为0，初始相位是0，当脉冲有效信号来临，寻址地址ROM就是查找表的第一个地址。将采样率设置为1GHz，如果想让带宽符合采样定律，其必须不超过500MHz。同时，带宽不能超过采样率的40％。技术人员可以将带宽设置为100MHz，当脉冲首次到达，将输出频率控制在50MHz，其频率的波动特点是由小向0过渡，再变大。为了最大程度确保实验的简便性，一般将时宽设置为500个工作时钟，从

而对频率步进值进行推导。技术人员要对四路信号进行合并，使其形成一路IQ正交信号，然后抽出其中一路信号，将其存入文件中作为Matlab的仿真应用，得出其时域特性和频域特性[4]。

5　结语

网络技术、计算机技术和电子信息科学技术，为数字电路提供了广阔的发展契机。传统技术背景下，通过对相关器件的模拟，完成线性调频脉冲信号，而当前广阔的应用环境和空间，使其能够通过可编程逻辑器件实现技术的升级，进而提升电路运行的安全性、灵活性和有效性。同时，使得器件大小不再受到电路规模的制约。在线性调频脉冲信号中对直接数字频率合成技术进行应用，简化了电路构造，并提升了其可控性。技术人员要对基于ROM查找表的技术和方法进行应用，进而确保直线数字频率合成的发生，并对matlab中相关的信号进行频域分析，最大程度确保其功能的可靠性，并加深对直接数字频率合成原理的认识，或者应用开发软件提供的DDS IP CORE对其进行设计和升级，以达到良好的应用效果。

参考文献

[1]姬国庆,冯春环.基于DDS技术的线性调频脉冲信号的实现[J].电子技术,2015,(09):6-8.

[2]解立洋.水下弹载超声波探测发射信号的直接数字频率合成与实现[D].南京理工大学,2011.

[3]王莲荣,马妍,王萍,张继红.基于FPGA的雷达信号模拟[J].海军航空工程学院学报,2012,(03):284-288.

[4]姚国国,李宝森.基于AD9858的宽带线性调频源设计[J].现代电子技术,2012,(10):169-171.