基于FPGA的DDS信号发生器的研究--毕业论文最新.pdf

第1 章 绪 论 1.1 课题背景 频率检测是电子测量领域的最基本也是最重要的测量之一，频率信号抗干 扰强，易于传输，可以获得较高的测量精度，所以频率方法的研究越来越受到 [1] 重视 。在频率合成领域中,直接数字合成(Direct Digital Synthesizer，简称： DDS)是近年来新的技术, 它从相位的角度出发直接合成所需波形。 它是由美国 人 J.Tierncy 首先提出来的,是一种以数字信号处理理论为基础,从相位概念出发 [2] 直接合成所需波形的一种新的全数字技术的频率合成方法 。其主要优点有： 频率改变速度快、频率分辨率高、输出相位连续、可编程、全数字化便于集成 等，目前使用最广泛的一种 DDS 频率合成方式是利用高速存储器将正弦波的 M 个样品存在其中，然后以查找的方式按均匀的速率把这些样品输入到高速数 [3] 模转换器，变成所设定频率的正弦波信号 。近 30 年来，随着超大规模集成、 现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array ，简称：FPGA) 、复杂可编程 器件(Complex programmable Logic Device ，简称：CPLD)等技术的出现以及对 DDS 理论上的进一步探讨，使得 DDS 技术得到了飞速的发展。它已广泛应用 于通讯、雷达、遥控测试、电子对抗、以及现代化的仪器仪表工业等许多领域。 [4] DDS 的数字部分，即相位累加器和查表，被称为数控振荡器（NCO ） 。 波形发生器即通常所说的信号发生器是一种常用的信号源，和示波器、电 压表、频率计等仪器一样是最普遍、最基本也是应用最广泛的的电子仪器之一， 几乎所有电参量的测量都要用到波形发生器。不论是在生产还是在科研与教学 上，波形发生器都是电子工程师信号仿真试验的最佳工具。随着现代电子技术 的飞速发展，现代电子测量工作对波形发生器的性能提出了更高的要求，不仅 要求能产生正弦波、方波等标准波形，还能根据需要产生任意波形，且操作方 便，输出波形质量好，输出频率范围宽，输出频率稳定度、准确度及分辨率高， 频率转换速度快且频率转换时输出波形相位连续等。而传统波形发生器采用专 用芯片，成本高，控制方式不灵活，已经越来越不能满足现代电子测量的需要， 正逐步退出历史舞台。可见，为适应现代电子技术的不断发展和市场要求，研 究制作高性能的任意波形发生器十分有必要，而且意义重大。 1.2 国内外波形发生器发展现状 1.2.1 波形发生器的发展现状 在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波。这个时期的波形 发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、 功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。在 70 年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D 和 D/A ，硬件和软件使波形 发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。这时期的波形发生器多以软件为主， 实质是采用微处理器对 DAC 的程序控制，就可以得到各种简单的波形。 90 年代末，出现几种真正高性能、高价格的波形发生器、但是 HP 公司推 出了型号为HP770S 的信号模拟装置系统，它由HP8770A 任意波形数字化和 HP1776A 波形发生软件组成。HP8770A 实际上也只能产生 8 种波形，而且价格 昂贵。 到了二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率 过 GHz 的DDS 芯片，同时也推动了波形发生器的发展，2003 年，Agilent 的产 品 33220A 能够产生 17 种波形，最高频率可达到 20M ，2005 年的产品 N6030A 能够产生高达 500MHz 的频率，采样的频率可达 1.25GHz。最近几年来，随着 集成电路技术和器件水平的提高，国外一些公司先后推出各种各样的 DDS 专用 芯片，如 Qualcomm 公司的 Q2230、Q2334 ，AD 公司的