应用于数字阵列的多通道波形产生系统设计

2．2 多通道波形产生系统软件设计
在数字阵列雷达中，波束控制系统根据雷达整机发射信号的要求，计算低副瓣幅度加权、波束扫描相位加权以及幅相误差校正所需的幅相加权因子，确定每个发射通道波形的控制码，波形产生系统通过接口电路获得波形控制码，在FPGA中完成对波形控制码的译码，确定频率、幅相控制字，控制AD9959每个通道的波形样式。AD9959的相位累加器为32位，调频数据累加器为32位，相位偏移累加器为14位，幅度系数乘法器为10位。计算公式如下：

式中：FTW为频率控制字；fs为系统时钟率；POW为相位偏移字；AW为幅度调节字。
对AD9959的内部寄存器的配置是通过串口实现的。其中管脚SCLK是串行时钟脚，用于同步AD9959的数据。CS管脚是片选脚，只有CS脚处于低电平时，芯片才进入通信周期。SD1O管脚是串行数据脚。串口操作有三种操作模式：单比特串行模式、2比特串行模式和4比特串行模式。其中单比特模式只需要一根数据线，可以尽量减小线间信号串扰，因此设计中采用该模式完成对AD9959的读写操作。对AD9959的控制流程如下：在主复位信号后，提供通道使能位与频率调节字FTW的地址(Reglster 0x04)和相位偏移调节字POW的地址(Register 0x05)相结合，这样，频率调节字和／或相位偏移字就可在四个通道间独立编程。图3给出了程序设计流程图。

2．3 系统电磁兼容设计
本设计中，系统中包含4片AD9959芯片、3片高速FPGA以及多片时钟驱动电路、变压器、滤波器电路，是一个复杂的数／模混合电路系统，尤其是要在单块PCB板上完成了16路波形通道的系统集成，电磁兼容设计是必须充分考虑的问题。在电路设计中选取合适的电路结构，注意各功能模块之间的阻抗匹配、电平匹配；在PCB设计中，首先根据电源电压高低、数字器件或模拟器件、高速器件或低速器件以及电流大小等特点，将电路划成不同的功能组：电源部分、接口部分、数字部分(包括AD9959数字控制入口、FPGA及附属电路)、模拟部分(包括AD9959模拟输出、时钟驱动、匹配电路、滤波电路等)，然后根据PCB的尺寸、安装要求对电路的全部元件进行综合的合理布局。每个功能组的元器件紧凑地放置在一起以得到最短信号路径以减小反射，尤其是时钟线和AD9959输出信号线应尽量短，设计中采取差分传输的方式。其次，须仔细考虑多层PCB板的层设置，根据电源、地的种类、信号线的密集程度、信号频率等确定合适的PCB板层，层排列则依据一些基本原则：关键电源平面与其对应的地平面相邻；相邻层的关键信号不能跨分割区；时钟等关键信号有一相邻地平面等。

3 测试结果
通过细致的工程设计，本文所设计的16通道波形产生系统满足数字阵列雷达系统要求，实现的主要技术指标如表1所示。图4(a)给出了该系统产生的LFM信号的频谱图，其中心频率为140 MHz，带宽120 MHz；图4(b)显示了该LFM信号的脉内频谱，其脉内信噪比优于65 dBc；系统的实物图如4(c)所示。