| 标题 | 基于FPGA的DDS多路信号源设计研究 |
| 范文 | 齐英 邓杰 【摘要】 由于具有转换时间快、频率精度高、频带宽等优点，DDS 已经在宇航、雷达、通信、电子战等系统得到广泛应用。然而，随着高科技领域新的发展，DDS的各项性能指标已不能完全满足实际的需要，特别是DDS输出频谱杂散较大是其固有的缺陷。如何提高DDS的整体性能指标，进一步减少占用的寄存器资源，减小系统的复杂程度，对其杂散进行正确分析并有效抑制等成为DDS发展的重要课题。基于此，本文对基于FPGA的DDS多路信号源设计进行了研究，希望能提供一些有益的思考。 【关键词】 FPGA DDS 多路信号源 设计研究 在本设计当中，FPGA是信号源的主控芯片，多路信号源的设计主要是利用DDS技术来实现的。此种信号源的优势在于，可以同时输出32路模拟信号，输出波形包括正弦波、三角波、锯齿波、矩形波四种，输出频率的调节范围为1Hz到1.9kHz，输出的幅值调节范围为正负2.5V之间，信号幅值的精度最高可达0.0625%。在存储测试系统自检的过程中，此信号源也可以提供模拟信号输入，通过模拟信号检测目标设备的工作情况，并测试目标设备的各项性能指标。 一、研究拟解决的问题及思路 本设计当中，需要重点解决的问题有三个，分别是：算法、模型的建立；优化方法和杂散抑制技术的仿真验证和模型参数的建立；以及软件开发与硬件电路实现。具体的解决思路为：一是利用DDS技术的特点和FPGA实现DDS技术的原理，理论研究和推导优化方法与杂散抑制技术；二是利用VHDL自顶向下的设计思想和Matlab软件的强大数学运算功能，对模型进行算法研究或数值分析，对优化方法和杂散抑制技术进行仿真验证和模型参数的建立。三是开发优化方法和杂散抑制技术的应用程序，采用大规模FPGA和高精度DAC芯片实现一种高频谱纯度、可数字扩频的频率合成器。为此，需要综合考虑采用6级流水线结构实现相位累加器的良好设计、找出1/8 正弦波形函数压缩算法、DDS频谱分析、构造DDS杂散模型和杂散分析、研究DDS杂散抑制技术、建立高频谱纯度频率合成器硬件电路和软件设计等，以此将解决问题的思路良好地植入到设计方案当中。 二、基于FPGA的DDS多路信号源设计策略 1.基于FPGA技术的多路同步信号源的设计模型。在一个FPGA芯片上，构建三路DDS信号通道，达到三路波形的数字输出。在输出数字信号后，进行D/A切换，课达到三路信号的模拟输出。三路DDS信号通道的信号输出频率值取自相同的累加器输出的地址值，此外，相位的加法也是基于同一个累加器输出的地址值实现的，这样做的好处是，基本消除了DDS芯片分立专用带来的误差。基于DDS各信号通道参数所具有的高度一致性，外部连线所导致的误差也被大大降低，最终达到良好的相位连续调节效果。 2.基于DDS技术的多路同步信号输出的FPGA设计方案。与一般DDS工作原理不同，同步多路输出DDS的工作原理更能满足实际应用的需求。基于参数一致性和良好的相位可调性，多个信号之间存在良好的同步、同频特征，因而，同步多路输出DDS的性能优越，可以满足实际应用的需求。对于DDS设计的核心部件相位累加器来说，采用32位加法器和32位寄存器级联构成。在实际工作中，加法器在上一个时钟作用后产生的相位数据被相位累加器反馈到加法器的输入端，进而加法器在下一个时钟作用下仍然和频率控制字叠加，从而达到相位累加的效果，直至出现溢出，再重返初始状态，完成一个完整周期的波形输出。本设计中的32位累加器模块的实现，采用VHDL语言，具有较高的可操作性和可行性。对于波形存储器的设计来说，波形存储器的取样地址即是相位累加器输出的实际数据，进而进行波形的相位-幅码转换，最终在给定的时间点上，确定输出的波形的抽样幅码，完成流程任务。这样的波形存储器设计方式，充分利用了FPGA资源，以10为的ROM作为载体实现了数据的存储和转换。ROM的获得是相对容易的，其存储的数据也可由正弦波形数据生成的C程序来生成，而要实现其他波形数据的生成，只需对其中的波形表达式进行简单修改即可。 3.仿真和调试环节。为保证此项设计的可行性，仿真与调试环节是必不可少的。通过仿真和调试环节，检验出生成的仿真数据完全正确可靠，并且检验出得到的同频和可调相的三个正弦波的幅值数据序列完全达到了设计的预期要求。 三、结束语 本设计将FPGA原理和DDS原理进行了良好的结合运用，最终实现了多路信号源的良好的性能，不仅能够同时输出32路模拟信号，而且多路信号在参数方面具有良好的一致性，解决了许多实际应用中需要克服的问题。此外，在输出需求需要改变的是时候，本设计只需简单修改存储器波形信息的ROM数据即可实现，具有较高的灵活性和实用性，不需要另行制版。从理论角度来说，本设计在应用过程中节省了不少时间成本，增加了运行效益，对于信号源的扩展和改进来说益处良多。 参 考 文 献 [1]张凯琳，苏淑靖，刘利生，易春莉，郑文强.基于FPGA的DDS多路信号源设计[J].电测与仪表，2011，03：63-65+78. [2]齐彩利，宋鹏，齐建中.基于FPGA的多路信号源设计与实现[J].无线电工程，2010，04：19-21+25. |
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