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基于FPGA+DDS的正弦信号发生器的设计
发布者:任你博娱乐 发布时间:2019-03-04 18:59

 

   

  1971年,美国学者TIERNCY J、TADER C M和GOLD B在《A Digital Frequeney Synthesizer》一文中提出了以全数字技术,从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成原理,称之为直接数字频率合成器(Direct Digitial Frequency Synthesis)[1].这是频率合成技术的一次重大革命,但限于当时微电子技术和数字信号处理技术的限制,并没有得到足够的重视。随着现代超大规模集成电路集成工艺的高速发展,数字频率合成技术得到了质的飞跃,它在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨率以及集成化等一系列性能指标方面,已远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平。因此广泛用于通信、宇航、遥控遥测、仪器仪表等各项电子领域[1-2].

  目前实现DDS的技术方案大致分为两种,一是用专用的DDS芯片来实现。常用的DDS芯片有ADI公司的AD9xxx系列,如其中的AD9913,它具有高达100 MHz的模拟输出,内部集成一个10位的D/A转换器,频率分辨率0.058 Hz,相调谐分辨率为0.022[3].另一种是用FPGA来实现。可编程的FPGA器件具有内部资源丰富、处理速度快、可在系统内编程并有强大的EDA设计软件支持等特点。因此,基于FPGA的设计相对于专用DDS芯片,可使电路设计更加灵活、提高系统的可靠性、缩短设计周期、降低成本。所以,采用FPGA设计的DDS系统具有很高的性价比。

  直接数字频率合成的理论依据是采样定理,即先对一个完整周期的正弦波进行N点采样,然后把采样点存储在ROM中构成一个查找表,频率合成时,相位累加器在参考时钟的作用下控制ROM中数据的输出。ROM的输出经过D/A转换,将一个阶梯化的信号(即采样信号)通过一个理想的低通滤波器,就得到符合要求的模拟信号。

  DDS的基本结构如图1所示,主要由相位累加器、相位调制器、波形ROM查找表、DAC和低通滤波器(LPF)构成。其中相位累加器、相位调制器、波形ROM查找表是DDS结构中的数字部分,由于具有数控频率合成的功能,又合称为NCO(Numerically Controlled Oscillators)。

  本系统分为软件设计和硬件设计两部分,软件部分主要是基于FPGA的程序设计,硬件部分包括D/A转换和低通滤波器设计。

  在设计DDS信号源之前,先建立一个储存波形数据的ROM,储存波形数据文件有。mif和。hex两种格式。。mif和。hex格式的文件可以用Quartuas II建立,也可以用Quartuas II以外的编辑器设计,如MATLAB、C语言等。本系统的ROM文件一个周期有1 024个点的正弦波数据、10 bit地址线 bit数据线。

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