作者：曹燕，蔡，杨，范，杨。
1导言
线性调频连续波雷达具有无盲区、大时间带积、发射功率低、截获率低、接收灵敏度高等优点，因此在汽车防撞、毫米波成像、探测埋藏物(地雷、管道等)等方面发挥着越来越重要的作用。)，导弹末制导等领域。传统的线性调频多载波调制主要由压控振荡器实现，不能保证信号的高线性度。因此，现在越来越多地使用基于DDS的产生方法。其主要优点是工作模式多，变频(扫频)时间快，频率分辨率高，输出相位可调。其缺点在于杂散大，输出频率范围低(一般小于系统时钟的1/3)。另一方面，由于DDS输出频率范围的限制，往往需要扩展DDS的扫频输出频带。扩展的主要方法有直接倍频、多重上变频和DDS PLL混频。
线性调频连续波信号的线性度直接影响雷达的探测和测距性能，因此如何提高扫描线性度是线性调频连续波雷达的一个重要课题。目前，一般扫频信号源的线性度在5%左右，改善扫频信号源的方法分为开环补偿和闭环补偿。这两种方法一般都能达到千分之几的线性度。现在广泛使用的延迟锁相方法属于闭环补偿方案，其线性度可以达到千分之几。但是，对于要求严格的应用领域(如导弹末制导等。)，这样的线性度达不到要求。因此，要获得更高的线性度，DDS是首选。在一定条件下，其线性度可达10-6。本文主要讨论ADI公司推出的以AD985x和AD995x为代表的DDS的线性扫频特性。
2扫描频率非线性分析
LFMCW信号的RF输出可以描述为理想的线性扫描加上非线性频率误差，即
从图1可以看出，对于DDS扫频，I为扫频初始频率，B为扫频带宽，T为扫频时间，T为tUP向上扫的时候；频率向下扫描时，t为tDOWN。E(t)是非线性扫描误差，emax是最大非线性扫描误差。从图1中不难发现，DDS扫频具有很强的规律性。DDS扫频实际上是DAC在起始频率和终止频率之间等间隔的输出频率，即输出频率保持等步长。ADI公司的DDS有两个参数来控制扫频性能，一个是频率步进，另一个是驻留时间(上扫和下扫的频率步进和驻留时间可以不同)。对于DDS扫描，最小非线性扫描误差emin为零，最大非线性扫描误差为？Emax是频率步进。不难理解，扫频偏差的线性度和扫频的最大非线性度是一样的，都是频率步进与扫频带宽的比值。
可以看出，DDS的扫频非线性与频率步进成正比。此外，扫频步长和驻留时间是相互制约的。当扫描带宽和扫描周期固定时，扫描步长较小，这表明在扫描周期内扫描整个扫描带宽范围所需的步长越多，驻留时间越短。应该注意的是，扫描步长和停留时间都受到器件本身性能的限制，并且存在一个最小值。当扫描周期较长时，扫描步长受限于器件本身的最小扫描步长，驻留时间大于等于器件本身的最小驻留时间，即DDS扫描非线性受限于器件本身的最小扫描步长；当扫描周期较短时，扫描步长受限于器件本身的最小驻留时间，扫描步长大于或等于器件本身的最小扫描步长，即DDS扫描非线性受限于器件本身的最小驻留时间。在对扫频周期没有严格要求的一般应用领域，应尽量使扫频步长达到DDS器件本身扫频步长的最小值，以使扫频非线性最低(扫频驻留时间随扫频周期变化)。在导弹末制导等应用领域，由于扫频周期很短(s)，而DDS的扫频驻留时间只能以ns为单位，因此扫频线性度受到扫频驻留时间的限制，达不到DDS器件本身的最小扫频步长，往往只能达到一个相对扫频步长最小值(扫频驻留时间最小时得到)。
3扫描频率参数的计算
ADI公司推出的扫频DDS参数由公式(5)确定。
=[DFTW/2N]SYS_CLK (5)
其中为扫频步长，DFTW为扫频步长控制字，N为扫频步长控制字的位数(见表1)，SYS_CLK为DDS的系统时钟；扫描停留时间t为
t=DSRR[1/SYNC_CLK] (6)
其中，DSRR是扫描停留时间控制字，SYNC_CLK是同步时钟。因此，可以得出结论
F=s T[/t] (7)
其中，f和s分别为扫描结束频率和扫描开始频率，t为扫描时间。
从公式(5)可以看出，频率扫描步长与频率扫描步长的控制字的数量成反比。随着DDS技术的发展，DDS的扫频步长越来越小，甚至低于1 Hz。对于几十MHz的应用，如果不考虑器件本身扫频驻留时间的限制，DDS的扫频非线性可以达到10-6数量级。然而，在导弹末制导等应用领域，由于设备本身扫频驻留时间的限制。扫频步长无法达到器件本身扫频步长的最小值，因此DDS的扫频非线性急剧下降。当实际扫频步长为数百赫兹时，DDS的扫频非线性仅为10-4。例如在导弹末制导应用领域，1 ms周期内扫频30 MHz带宽。根据等式(5)至(7)，可以计算ADI的各种扫频DDS参数，如表L所示.假设DDS器件都工作在各自的最高工作频率，扫频带宽为30 MHz，扫频时间为1 ms
从表1可以看出，当扫描带宽和扫描时间确定时。每个DDS对应的最小扫描驻留时间和最小扫描步长是不同的。在导弹末制导的应用领域，如扫频驻留时间等限制扫频非线性的场合，同一DDS器件的实际扫频步长和最小扫频步长也是不同的，实际扫频步长往往大于最小扫频步长。因此，在应用中应根据实际情况选择不同的DDS器件。例如，虽然AD9954的最小频率扫描步长小于AD9958，但当在1 ms周期内扫描30 MHz带宽时，实际频率扫描步长大于AD9958，因为AD9954的最小驻留时间长于AD9958。再比如，AD9956的最小扫描步长比AD9954大得多。然而，当在1 ms周期内扫描30 MHz带宽时，实际扫描步长相当于AD9954的扫描步长，因为
在对扫频周期没有严格要求的一般应用领域，扫频非线性受扫频步长限制，首选ad 9959、 ad 9958、 ad 9954、 ad 9854、 ad 9852。在导弹末制导等应用领域，扫频的非线性受到扫频驻留时间的限制，首选ad 9959、 ad 9958、 ad 9858、 ad 9854、 ad 9852。
另外，虽然从表1可以看出，AD9854和AD9852的最小扫描驻留时间最短，性能最好，但这两款DDS器件的功耗比其他器件大一个数量级，所以在对功耗有严格要求的应用中，最好选择AD995x系列器件。
4扫描模式比较
ADI公司的DDS器件通常有两种线性扫描模式：常驻模式和非常驻模式。它们的主要区别是：
(1)在线性扫描模式中，频率累加器将输出频率从可编程低频阶梯改变为可编程高频，或者从可编程高频阶梯改变为可编程低频。低频存储在配置文件0中，高频存储在配置文件1中。频率累加器的内部组合逻辑要求FTW0的值必须始终小于FTWl的值。扫描方向由PS0引脚控制。当PS0引脚从低到高跳变时，频率从低到高扫描；当PS0引脚从高电平跳到低电平时，频率从高电平扫描到低电平。频率累加器需要四个控制字：上升扫步控制字(RDFTW)，表示频率从低到高扫描时，频率累加器每上升一步需要增加多少个频率，即上升步；上升扫频驻留时间控制字(RSRR)，表示频率累加器从低到高扫频时频率增加的速度，即累加器增加一个步长多长时间。RSRR显示了频率累加器在两步之间需要计数多少个SYNC_CLK周期。下降扫描步长控制字(FDFTW)；下降扫描停留时间控制字(FSRR)。在线性扫描模式下，组合逻辑保证器件的输出频率不会超过FTW1，即使下一次RDFTW的增加会使频率超过FTWl。一旦频率达到FTW1，只要PS0引脚为高电平，频率输出将始终为FTW1。同理。内部逻辑保证扫频时频率不会低于：FTW0，即使下一次FDFTW增加会使频率超过FTW0。如果PS0引脚的状态在频率扫描期间发生变化，器件将根据新的步进频率控制字和扫描速度字以新的方向扫描频率。
(2)在线性扫描模式下，频率累加器使输出频率从可编程的低频变为可编程的高频。当达到高频时，累加器直接跳回到低频，而不是步进回到低频。在线性扫描非常驻模式下，仅使用上升扫描步进控制字(RDFTW)和上升扫描停留时间控制字(RSRR)。在线性扫描模式下，扫描仍由PS0引脚控制。一旦PS0引脚从低电平跳至高电平，器件将完成整个扫描，无论PS0引脚在扫描期间是否跳回低电平。扫描后，PS0引脚的另一个上升沿触发下一次扫描。这意味着在开始另一次扫描之前，需要拉低PS0引脚。
从上面的对比和图2中，我们可以看出两种线性扫频模式的三个主要区别：第一，线性扫频模式有两个扫频方向(从低扫频到高扫频或从高扫频到低扫频)，而线性扫频非驻留模式只能从低扫频到高扫频；其次，PS0引脚的状态变化(仅从0到1或仅从1到0)会立即影响线性扫描模式的扫描方向，但对线性扫描模式没有影响。第三，如果扫描后PS0引脚的状态不变(无论是1还是0)，线性扫描模式的输出将保持在扫描过程中的最后一个频率点(FTW0或FTW1，取决于扫描方向)，而对于线性扫描非常驻模式，扫描后输出将立即跳回FTW0。
本文讨论的几种设备都有驻留模式，有些设备有非驻留模式。它们是ad 9959、 ad 9958、 ad 9956、 ad 9954。在不同的应用中，只需根据需要修改寄存器值，就可以选择不同的扫描模式。选择DDS器件时，应根据实际扫频模式选择合适的DDS器件。
5性能比较
ADI公司推出了许多性能优异、功能强大的DDS器件。目前最常用的是AD985x系列和AD995x系列。这两个系列的主要区别在于功耗。AD985x系列DDS器件的功耗为瓦，而AD995x系列DDS器件的功耗有了很大的提高，达到了百毫瓦。除了主要的DDS功能，它们还集成了其他功能模块，如PLL、混频器、比较器、多路输出通道等。下面介绍并比较ADI公司各种DDS器件的主要性能和特性(见表2、、表3)。
AD9959有四个同步DDS通道，可以独立控制频率、相位和幅度。通道隔离度大于65 dB，具有线性频率、相位和幅度扫描能力，16级频率、相位和幅度调制能力，4个可编程满量程电流独立DAC。AD9958有两个同步DDS通道，可以独立控制频率、相位和幅度。通道隔离度大于72 dB，具有线性频率相位和幅度扫描能力以及16级频率相位和幅度调制能力。有两个可编程满量程电流独立DAC:ad 9956具有200 MHz鉴相器，鉴相器前端具有655 MHz可编程分频器(1 ~ 16整数)，具有相位调制和八相功能。AD9954是可编程的。
相位幅度抖动，超高速模拟比较器，自动线性非线性扫频能力，l 02432静态RAM，相位调制能力，4相频率组；AD9858内部时钟为1gs/s，输入频率可达2 GHz，集成2 GHz混频器、8位并行或串行接口、四相频率组：AD9854可执行FSK、BPSK、PSK、CHIRP和AM调制，具有超高速比较器、线性或非线性扫频、自动双向扫频、8位并行或串行接口、sinx/x校正；AD9852的大部分功能与AD9854相同。不同的是，AD9852有一个正常d AC输出，另一个控制DAC输出，可以输出DC控制电平和交流信号，而AD9854只有一个正常DAC输出。另一种方法是控制DAC输出(与AD9852相同)或正交DAC输出，即两个输出信号始终具有相同的频率、90相位和可调幅度。
从表2、中表3的对比可以看出，当输入信号频率比较高时，首选具有分频功能的DDS器件，如AD9956或AD9858。当输入信号频率较低时，首选具有输入信号倍频功能的DDS器件。如ad 9959、 ad 9958、 ad 9954、 ad 9854、 ad 9852。当器件的外部和内部数据传输速度较高时，首选具有高速串行SPI或并行数据接口的DDS器件，如ad 9959、 ad 9958、 ad 9854、 ad 9852。当要求DDS器件的功耗时，首选AD995X系列DDS器件，如ad 9954、 ad 9959、 ad 9958、 ad 9956。当需要多通道频率输出时，首选是ad 9959、 ad 9958、 ad 9854。需要比较器时，首选是ad 9954、 ad 9854、 ad 9852。当需要鉴频鉴相器来构成锁相环时，AD9956是首选。需要混频器时，AD9858是首选。当对调制和扫频有要求时，根据不同的要求选择不同的DDS器件。
6结束语
本文针对LFM连续波雷达信号的要求。对比分析了ADI公司推出的AD985x和AD995x等DDS器件的性能特点。在工程实践中，应从整体上根据扫频源的设计方案和设计要求选择合适的DDS器件。一方面要考虑扫频源的实际应用，看其对扫频周期是否有严格的要求。如果有严格的要求，可以按照最小扫频驻留时间选择，否则可以按照最小扫频步长选择。另一方面要考虑系统对DDS器件的功耗是否有严格的要求。如果有严格的要求，可以选择AD995系列。此外，还要考虑其他集成功能(如混频器、比较器、鉴相器、DDS通道数等。)都是需要的。
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