基于FPGA的DDS精确频率合成方法研究

发布时间：2020-03-31 04:22

【摘要】：频率合成(Frequency Synthesis)也称频率综合,指在频率域中线性运算有较好频率稳定度和精确度的参考源,合成具有相同指标的离散频率的过程。实现频率合成的电路系统称为频率合成器。在现代电子系统或设备中,频率合成器是重要组成部分,它作为发射机的激励信号源或接收机的本地振荡器应用在航空航天和通信等设备中,作为干扰信号发生器应用在电子对抗设备中,作为标准信号源应用在测试设备中。频率合成技术主要分为三类:直接模拟频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成(Direct Digital Synthesizer,DDS)。因为具有易于集成、跳频速度快、频率分辨率高、频率切换时相位连续等优点,DDS成为设计实现频率合成器的优选方案。但是,随着科技的发展和技术的进步,现代电子系统或设备对频率合成器输出信号的指标要求越来越高,传统DDS频率合成方法的弊端也逐渐显现。例如,不能准确合成某些特殊频点、输出频率信号杂散比较大等。本文对传统DDS频率合成方法提出改进,研制基于FPGA(Field Programmable Gate Array,FPGA)的频率合成器,主要工作如下:(1)设计实现了基于FPGA的DDS频率合成器,为验证本文中提出的DDS改进方法提供了测试实验平台。(2)针对传统DDS的相位截断带来的频率误差,提出一种复合频率控制字的精确DDS方法。该方法调节相位累加器的累加方式,增加输出频率信号的可控性,提高信号准确度。(3)针对传统DDS中ROM幅值量化引入的杂散噪声干扰,提出一种分段线性逼近的量化杂散抑制方法。该方法通过ROM中有限的幅值计算出量化丢失的部分幅值信息,提高ROM中幅值量化度,对杂散进行有效抑制。仿真和实测实验结果充分证明了本文提出的方法有提高信号准确度和杂散抑制度的作用。相对于传统DDS合成方法,改进方法在保证合成信号稳定度的基础上,将准确度提高了三个数量级(合成频率的相对频率偏差约为2.0E-12),将谐波杂散抑制了26dBm。
【图文】：

率合成技术成技术是由一组晶振组成，，所需要输出的频点个复杂的操作过程，所合成频率的稳定度和准确度与外围电路有关系。这种技术很快被相干合成法被称为第一代频率合成技术。直接模拟频率合成的方法对一个或几个参考频率源经过加和减等运过滤波器得到所需的频率信号[3]，如图 1 所示。合成技术一般合成单一频率，当需要合成其他相过程较为复杂。其输出信号的准确度和稳定度一接模拟频率合成技术具有频率转换时间短、相位积大、杂散多且难以抑制、结构复杂、成本及功

直接数字频率合成技术（DDS）的出现，改变了 RC、LC 自激振荡的传统频式，改进了直接模拟频率合成和间接频率合成的部分弊端，使频率信号领域的发展。DDS 频率合成技术具有频率转换时间短、相位分辨率高、可靠性调试等优势，是一种具有里程碑式的技术。本章将介绍 DDS 的基本原理、件结构、频率合成信号的主要评价指标和探索提高 ROM 存储效率的方法。 DDS 的基本原理直接数字频率合成技术是在数字信号处理的基础上，根据正弦函数的数学原定圆中相位与幅值有一一映射的关系，得到频率合成方式。在实际操作时，累加器以时钟速率递归求和频率控制字，借助查找表的方式获取信号的瞬时率[17]。该瞬时值是 DDS 根据相关参数处理后的数字信号，数字信号经过数到模拟信号，模拟信号经过滤波等得到光滑的正弦波信号。为了更直观地S 频率合成的原理，我们以正弦波产生的过程为例，描述 DDS 频率合成过程
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN74

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本文编号：2608557