VXI總線專用中頻信號源的設計

    摘要：介紹了VXI總線C尺寸專用中頻信號源的設計，重點描述了VXI總線接口電路和用DDS實現的幅度可控的捷變頻信號源電路。該模塊已成功應用于實際的VXI總線雷達自動測試系統中。

    關鍵詞：VXI 信號發生器 DDS FPGA

ＶＸＩ總線系統將計算機技術、測控技術和接口技術等多種高新技術緊密結合起來，具有結構緊湊、數據吞吐能力強、可靠性強等優點，成為自動測試系統的優秀平臺。直接數字合成技術（ＤＤＳ）提供傳統頻率合成方法難以實現的高分辨率、高頻率轉換速度及相位的連續性，這使得ＤＤＳ具有廣泛的應用前景。導彈雷達導引頭的研制及生產是一個相當復雜和精密的過程。為實現導引頭自動測試系統，研制了ＶＸＩ專用信號源模塊。這里采用ＶＸＩ總線專用接口芯片ＩＴ９０１０與可靈活配置的ＦＰＧＡ器件設計ＶＸＩ總線接口電路，采用ＤＤＳ技術直接實現幅度可控的中頻信號電路。

    一般的雷達中頻目標回波信號可以簡單描述為：

ｓ（ｔ）＝∑Ａｎ·ｒｅｃｔ（αｔ－β）ｃｏｓ（２πｆｄｔ＋φ）   （１）

式中，Ａｎ是回波起伏包絡，ｒｅｃｔ（ｔ）是矩形函數，α、β是目標回波參數，ｆｄ、φ是回波多普勒頻率及初相。

１ 模塊設計

ＶＸＩ專用信號源，模塊包括ＶＸＩ接口電路和功能電路兩部分，如圖１所示。ＶＸＩ總線接口電路接收０槽控制器的信息。目標信息數據通過ＶＸＩ總線下傳到信號源模塊，通過時序控制電路ＩＩ控制ＤＤＳ輸出包含多譜勒信息的中頻信號，通過時序控制電路Ｉ控制ＤＡＣ輸出以控制ＤＤＳ輸出信號幅度，從而獲得含有目標參數的雷達和信號、方位差以及俯仰差中頻信號三路信號。

ＶＸＩ總線模塊分為四種器件，寄存器基器件、消息基器件、存儲器基器件和擴展基器件。寄存器基器件實現簡單、成本低，這里采用ＶＸＩ專用寄存器基器件接口芯片ＩＴ９０１０。它集成了ＶＸＩ總線寄存器基器件所需的功能，配以簡單輔助電路即可實現ＶＸＩ總線系統初始化、地址譯碼、中斷控制、時序控制等功能。ＦＰＧＡ采用ＡＬＴＥＲＡ公司ＥＰ２０Ｋ１００芯片，其靈活的可重新配置特性為設計人員實現接口電路提供了極大的方便，并配合ＩＴ９０１０完成接口初始化等功能。

直接數字頻率合成技術是一種先進的頻率合成技術，具有簡單、靈活的特點。ＤＤＳ輸出頻率ｆ０為：ｆ０＝(K/2N)ｆｃｌｋ

    其中，Ｋ為頻率控制字，Ｎ為ＤＤＳ相位累加器字長，ｆｃｌｋ為ＤＤＳ時鐘。ＤＤＳ采用美國ＡＤ公司的ＡＤ９８５０。ＤＤＳ工作時鐘頻率為１００ＭＨｚ?熏頻率分辨率大于０．０２３３Ｈｚ，頻率轉換時間約為２７０ｎｓ。信號發生電路由ＦＰＧＡ構成的時序控制電路Ｉ與ＡＤ９８５０電路構成，頻率控制字由數學模型產生，通過ＶＸＩ接口傳送到ＤＤＳ，輸出指定頻率的中頻信號。ＤＤＳ采用串并行工作方式，頻率控制字寫入完畢，在更新控制信號的控制下，輸出新的頻率值信號。如果相位控制位的數據沒有改變，則輸出頻率的相位是連續的，這是ＤＤＳ的一個突出的優點。

通過改變ＡＤ９８５０配置腳Ｒｓｅｔ中流過的電流可以直接控制ＤＤＳ輸出幅度，幅度控制電路由ＦＰＧＡ構成的時序控制電路ＩＩ、ＤＡＣ和ＤＤＳ電路構成。幅度控制量由數學模型產生，其符號表示角誤差信號相位，通過控制ＤＤＳ相位控制字來確定ＤＤＳ輸出信號移相＋π／２或－π／２；幅度控制量大小與角誤差信號大小成正比，通過ＶＸＩ接口由ＤＡＣ電路轉換成模擬信號來控制ＤＤＳ輸出信號幅度，從而獲得含有目標參數的和、方位差以及俯仰差三路中頻信號。幅度控制電路如圖２所示。

圖3 輸出信號頻譜及相位噪聲圖

２ 測試結果

ＶＸＩ信號源模塊采用４層電路板設計，采取了隔離、濾波、屏蔽等電磁兼容措施，取得了比較好的指標。用Ａｇｉｌｅｎｔ頻譜儀Ｅ４４４０１對模塊產生的中頻標準正弦信號進行測試，相位噪聲優于－１００ｄＢｃ／Ｈｚ，輸出信號幅度為－５０ｄＢｍ～１０ｄＢｍ可調，分辨率為１ｄＢｍ。若外接ＨＰ８４９６Ｂ衰減器，輸出信號幅度可以達到－１３０ｄＢｍ。輸出頻譜及相位噪聲如圖３所示。

將電子技術領域中新的研究成果（如ＤＤＳ、ＦＰＧＡ和ＤＳＰ等技術）不斷應用于儀器系統中，必將簡化儀器設計，提高儀器性能，降低儀器造價。ＶＸＩ總線儀器有著傳統儀器不可比擬的優點，在自動測試等領域中得到了廣泛的應用。本文研制的基于ＶＸＩ總線的Ｃ尺寸專用中頻信號源模塊已成功應用于實際的ＶＸＩ總線雷達自動測試系統中。