VXI总线专用中频信号源的设计

    摘要：介绍了VXI总线C尺寸专用中频信号源的设计，重点描述了VXI总线接口电路和用DDS实现的幅度可控的捷变频信号源电路。该模块已成功应用于实际的VXI总线雷达自动测试系统中。

    关键词：VXI 信号发生器 DDS FPGA

ＶＸＩ总线系统将计算机技术、测控技术和接口技术等多种高新技术紧密结合起来，具有结构紧凑、数据吞吐能力强、可靠性强等优点，成为自动测试系统的优秀平台。直接数字合成技术（ＤＤＳ）提供传统频率合成方法难以实现的高分辨率、高频率转换速度及相位的连续性，这使得ＤＤＳ具有广泛的应用前景。导弹雷达导引头的研制及生产是一个相当复杂和精密的过程。为实现导引头自动测试系统，研制了ＶＸＩ专用信号源模块。这里采用ＶＸＩ总线专用接口芯片ＩＴ９０１０与可灵活配置的ＦＰＧＡ器件设计ＶＸＩ总线接口电路，采用ＤＤＳ技术直接实现幅度可控的中频信号电路。

    一般的雷达中频目标回波信号可以简单描述为：

ｓ（ｔ）＝∑Ａｎ·ｒｅｃｔ（αｔ－β）ｃｏｓ（２πｆｄｔ＋φ）   （１）

式中，Ａｎ是回波起伏包络，ｒｅｃｔ（ｔ）是矩形函数，α、β是目标回波参数，ｆｄ、φ是回波多普勒频率及初相。

１ 模块设计

ＶＸＩ专用信号源，模块包括ＶＸＩ接口电路和功能电路两部分，如图１所示。ＶＸＩ总线接口电路接收０槽控制器的信息。目标信息数据通过ＶＸＩ总线下传到信号源模块，通过时序控制电路ＩＩ控制ＤＤＳ输出包含多谱勒信息的中频信号，通过时序控制电路Ｉ控制ＤＡＣ输出以控制ＤＤＳ输出信号幅度，从而获得含有目标参数的雷达和信号、方位差以及俯仰差中频信号三路信号。

ＶＸＩ总线模块分为四种器件，寄存器基器件、消息基器件、存储器基器件和扩展基器件。寄存器基器件实现简单、成本低，这里采用ＶＸＩ专用寄存器基器件接口芯片ＩＴ９０１０。它集成了ＶＸＩ总线寄存器基器件所需的功能，配以简单辅助电路即可实现ＶＸＩ总线系统初始化、地址译码、中断控制、时序控制等功能。ＦＰＧＡ采用ＡＬＴＥＲＡ公司ＥＰ２０Ｋ１００芯片，其灵活的可重新配置特性为设计人员实现接口电路提供了极大的方便，并配合ＩＴ９０１０完成接口初始化等功能。

直接数字频率合成技术是一种先进的频率合成技术，具有简单、灵活的特点。ＤＤＳ输出频率ｆ０为：ｆ０＝(K/2N)ｆｃｌｋ

    其中，Ｋ为频率控制字，Ｎ为ＤＤＳ相位累加器字长，ｆｃｌｋ为ＤＤＳ时钟。ＤＤＳ采用美国ＡＤ公司的ＡＤ９８５０。ＤＤＳ工作时钟频率为１００ＭＨｚ?熏频率分辨率大于０．０２３３Ｈｚ，频率转换时间约为２７０ｎｓ。信号发生电路由ＦＰＧＡ构成的时序控制电路Ｉ与ＡＤ９８５０电路构成，频率控制字由数学模型产生，通过ＶＸＩ接口传送到ＤＤＳ，输出指定频率的中频信号。ＤＤＳ采用串并行工作方式，频率控制字写入完毕，在更新控制信号的控制下，输出新的频率值信号。如果相位控制位的数据没有改变，则输出频率的相位是连续的，这是ＤＤＳ的一个突出的优点。

通过改变ＡＤ９８５０配置脚Ｒｓｅｔ中流过的电流可以直接控制ＤＤＳ输出幅度，幅度控制电路由ＦＰＧＡ构成的时序控制电路ＩＩ、ＤＡＣ和ＤＤＳ电路构成。幅度控制量由数学模型产生，其符号表示角误差信号相位，通过控制ＤＤＳ相位控制字来确定ＤＤＳ输出信号移相＋π／２或－π／２；幅度控制量大小与角误差信号大小成正比，通过ＶＸＩ接口由ＤＡＣ电路转换成模拟信号来控制ＤＤＳ输出信号幅度，从而获得含有目标参数的和、方位差以及俯仰差三路中频信号。幅度控制电路如图２所示。

图3 输出信号频谱及相位噪声图

２ 测试结果

ＶＸＩ信号源模块采用４层电路板设计，采取了隔离、滤波、屏蔽等电磁兼容措施，取得了比较好的指标。用Ａｇｉｌｅｎｔ频谱仪Ｅ４４４０１对模块产生的中频标准正弦信号进行测试，相位噪声优于－１００ｄＢｃ／Ｈｚ，输出信号幅度为－５０ｄＢｍ～１０ｄＢｍ可调，分辨率为１ｄＢｍ。若外接ＨＰ８４９６Ｂ衰减器，输出信号幅度可以达到－１３０ｄＢｍ。输出频谱及相位噪声如图３所示。

将电子技术领域中新的研究成果（如ＤＤＳ、ＦＰＧＡ和ＤＳＰ等技术）不断应用于仪器系统中，必将简化仪器设计，提高仪器性能，降低仪器造价。ＶＸＩ总线仪器有着传统仪器不可比拟的优点，在自动测试等领域中得到了广泛的应用。本文研制的基于ＶＸＩ总线的Ｃ尺寸专用中频信号源模块已成功应用于实际的ＶＸＩ总线雷达自动测试系统中。