當(dāng)前位置:首頁 > 通信技術(shù) > 通信技術(shù)
[導(dǎo)讀]由于超寬帶信號的帶寬很寬,傳統(tǒng)的信號產(chǎn)生辦法已不能直接應(yīng)用于超寬帶通信。為此,提出一種基于DDS+PLL的Chirp-UWB信號產(chǎn)生方案,該方法聯(lián)合使用了DDS和PLL兩種信號產(chǎn)生技術(shù),優(yōu)勢互補。通過ADS結(jié)合Matlab對系統(tǒng)的模型建立和性能分析證明,該方案輸出信號性能優(yōu)良,完全能滿足設(shè)計要求,并已成功應(yīng)用于某超寬帶通信系統(tǒng)。

0 引 言
   
同傳統(tǒng)的脈沖超寬帶(IR-UWB)相比,線性調(diào)頻超寬度(Chirp-UwB)以其發(fā)射效率高,頻帶選擇靈活,抗多徑能力強,容易實現(xiàn)模擬匹配檢測等突出優(yōu)點,已逐漸成為超寬帶技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。
    然而,對于寬帶Chirp-UWB信號的產(chǎn)生一直是個難題。利用直接數(shù)字合成(DDS)產(chǎn)生可以獲得高線性度、高穩(wěn)定性的信號波形,但是由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(DAC)速度的限制以及輸出幅度受SINC衰落的影響,其輸出信號帶寬一般最高為100~200 MHz。利用模擬鎖相環(huán)(PLL)雖可以產(chǎn)生很寬的帶寬,可是受PLL自身惰性環(huán)節(jié)的影響,調(diào)頻時間慢,轉(zhuǎn)換速率低,且因其受鎖相精度及壓控振蕩器(VCO)電調(diào)線性度的影響,還需要進行非線性補償,這使電路趨于復(fù)雜。本文提出一種基于DDS+PLL的Chirp-UWB信號產(chǎn)生方案。該方案把頻率穩(wěn)定度好,輸出頻率分辨率高,頻率轉(zhuǎn)換速度快,相位噪聲低的DDS與模擬PLL結(jié)合,取長補短,可以獲得高頻率分辨率、快的信號建立時間、低相位噪聲和寬輸出頻率范圍的高質(zhì)量Chirp-UWB信號。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    DDS結(jié)合PLL產(chǎn)生Chirp-UWB信號的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    本方案由DDS產(chǎn)生的窄帶Chirp信號作為PLL的參考信號。VCO產(chǎn)生的高頻振蕩經(jīng)N分頻后,在鑒相器(PD)中與DDS產(chǎn)生的窄帶線性調(diào)頻信號進行相位比較。系統(tǒng)穩(wěn)定后,VCO產(chǎn)生的高頻振蕩經(jīng)N分頻后,其信號與DDS產(chǎn)生的窄帶chirp信號的掃頻線性度和頻率穩(wěn)定度一致。在這個方案中,PLL實際起到了倍頻的作用,即將DDS輸出的高線性調(diào)頻信號進行了N倍的倍頻。由于DDS輸出頻率和帶寬可以編程控制,這種方式產(chǎn)生的Chirp-UWB帶寬是可控的,在設(shè)計上具有很大的靈活性。

2 系統(tǒng)設(shè)計與仿真
    本系統(tǒng)主要由參考信號發(fā)生電路,鎖相環(huán)電路兩部分組成。對于鎖相環(huán)電路,射頻仿真軟件ADS提供有專門的元件庫(System-PLL components),可以利用其中的元件快速建立鎖相環(huán)的電路模型。然而,基于DDS產(chǎn)生的參考信號則由鋸齒波控制線性VCO來實現(xiàn),只要合理設(shè)置參數(shù),這種等效并不會影響系統(tǒng)性能。下面對電路的各部分的設(shè)計進行分析。
2.1 參考信號產(chǎn)生
    參考信號的產(chǎn)生可通過數(shù)字正交上變頻芯片AD9857實現(xiàn),中心頻率設(shè)為100 MHz,Chirp信號的帶寬設(shè)為7 MHz。利用ADS仿真時由鋸齒波控制線性VCO,即可產(chǎn)生一個窄帶Chirp信號作為鎖相環(huán)的輸入?yún)⒖夹盘枴?br />2.2 鑒相器和分頻器
   
通常鎖相環(huán)芯片都同時集成鑒相器和分頻器,如ADI公司的ADF4106。該芯片鑒相器采用電荷泵輸出的鑒相器。圖2為一個電荷泵輸出鑒相器的原理圖。

    這種鑒相器由兩個D觸發(fā)器、一個與門和兩個電流源構(gòu)成,不僅可以鑒相,也可以鑒頻,同時由于它采用電流源輸出,克服了電壓輸出型鑒頻鑒相器增益變化的不足。該鑒相器的輸出電流與相位誤差關(guān)系為iout=Kdθe/Rb,其中:Rb為鑒相器電壓電流轉(zhuǎn)換器固有的跨阻。分頻器的作用是將VCO產(chǎn)生的輸出信號頻率除以N,然后輸入鑒相器與參考信號進行比較。仿真時,直接采用ADS提供的元件Divide by N來實現(xiàn),設(shè)其分頻比N=70。
2.3 低通濾波器
   
環(huán)路濾波器的設(shè)計是鎖相環(huán)設(shè)計的關(guān)鍵。本設(shè)計中需要跟蹤一個頻率斜升信號。根據(jù)鎖相原理,要跟蹤此類信號,必須二型以上環(huán)路。本設(shè)計中環(huán)路濾波器采用四階二型無源環(huán)路濾波器,由于電荷泵型鑒相器的輸出為電流,所以該環(huán)路等效于一個二階有源比例積分濾波器加兩級輔助濾波。輔助濾波用于濾除參考信號饋通。環(huán)路傳輸函數(shù)F(s)可以近似表示為:


    根據(jù)鑒相頻率為100 MHz,這里選擇截止頻率ft為2 MHz。根據(jù)穩(wěn)定性原理,通常選擇為5~10倍ω3,ω5為3~8倍ω4,而ω1的選取則是保證環(huán)路幅頻響應(yīng)在ft處過零點。在ADS環(huán)境下,對模型中各元件大致設(shè)定一個初值及優(yōu)化區(qū)間,然后進行優(yōu)化設(shè)計,即可得到各元件值。最終鎖相環(huán)開環(huán)響應(yīng)如圖3所示。

    從圖3中可以看出,環(huán)路截止頻率為2 MHz,相位裕量為45°,在鑒相頻率100 MHz處,衰減為78 dB,這可以滿足穩(wěn)定條件,且可以抑制參考頻率饋通。
2.4 壓控振蕩器
   
一個理想的VCO輸出周期信號,其周期信號的頻率與控制電壓Vcnt呈線性關(guān)系,即:

   
式中:ω0為VCO的自由振蕩頻率;KVCO為VCO增益(單位為rad/s/V)。 
    實際電路中,VCO的增益是非線性的。在ADS設(shè)計仿真中,為了更加接近真實電路,VCO的增益KVCO可以不設(shè)置為常數(shù),而是根據(jù)輸出頻率不同,使用函數(shù)pwl()來進行數(shù)值擬合。經(jīng)仿真對比發(fā)現(xiàn),當(dāng)鎖相環(huán)鎖定時,KVCO的細微波動并不會給仿真結(jié)果帶來影響。為了便于通過觀察VCO控制電壓來考察輸出信號的線性度,以下的仿真中KVCO設(shè)為固定值200 MHz/V。

3 結(jié)果分析
    根據(jù)上面分析,在ADS環(huán)境下建立如圖4所示的系統(tǒng)電路模型,該電路可以輸出中心頻率為7 GHz,帶寬500 MHz的chirp-UWB信號。

3.1 ADS仿真結(jié)果
    對于Chirp-UWB信號性能分析,關(guān)鍵是考察信號的穩(wěn)定性和線性度。在本系統(tǒng)中,信號由VCO產(chǎn)生,所以通過觀察VCO控制電壓波形和VCO輸出頻譜即可,圖5為仿真結(jié)果。從圖中可以看出,其VCO能夠跟蹤參考信號頻率的變化,產(chǎn)生所需帶寬的Chirp-UWB信號,且其旁瓣較低,完全能滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。
3.2 利用Matlab讀取ADS數(shù)據(jù)進行分析
   
對于Chirp-UWB信號的性能分析還有個重要的指標(biāo)就是其自相關(guān)特性,然而在ADS環(huán)境下很難實現(xiàn)這樣的分析。為此,本文利用Matlab讀取ADS仿真數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對信號自相關(guān)特性的分析。
    ADS仿真輸出數(shù)據(jù)可以存為一個ASCII格式的記事本文件。文件中每個數(shù)據(jù)均采用科學(xué)記數(shù)。其中,奇數(shù)個數(shù)表示時間,偶數(shù)個數(shù)表示信號。這樣就可以用Matlab程序來讀取仿真數(shù)據(jù),如圖6所示為信號自相關(guān)結(jié)果。從該圖可以看出,信號相關(guān)性能很好,由此證明這種基于鎖相環(huán)的Chirp-UWB產(chǎn)生的電路性能較好。

4 結(jié) 語
    首先利用ADS,對Chirp信號的產(chǎn)生電路進行建模和仿真,然后利用Matlab讀取ADS仿真數(shù)據(jù),對系統(tǒng)性能進行分析,由此證明本文提出的基于DDS+PLL的寬度Chrip-UWB信號產(chǎn)生方案,可以產(chǎn)生線性度高,自相關(guān)特性好的Chrip-UWB信號。該信號產(chǎn)生方案已經(jīng)成功應(yīng)用于某超寬帶通信系統(tǒng)中。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉