基于FPGA的DDS捷变频控制器的实现

发布时间：2020-10-08 19:15

　　频率源作为电子通信系统的心脏,随着现代微波系统的不断发展,对其提出了越来越高的要求。如今的频率源不仅对频率分辨率,杂散和相位噪声提出了高要求,还要求频率源能够实现捷变频输出,并能对输出功率的进行调控。因此,对这样一款综合性能优越的捷变频源的研究刻不容缓。本文研究的主要内容是基于FPGA的一种低相噪DDS捷变频源的控制和实现。单一的频率合成方式很难实现一款综合性能强的频率源。为了实现一款频率源,满足输出信号分辨率高,在保证低相位噪声,低杂散抑制的前提下实现快速跳频,且能够对输出功率进行大动态范围的调控。最终确定了“PLL+DDS+ALC”的方案。本课题主要分为三个部分来进行设计实现:1)参考源模块方案设计、器件选型、电路原理图和版图设计以及电路实现后的调试工作,主要实现功能输出低相噪、低杂散的点频信号。为了满足指标要求,采用PLL锁相环技术,以100MHz恒温晶振作为环路参考信号,利用模拟取样鉴相器对环内振荡器CRO进行调谐锁相;最终实现了输出点频为3.5GHz,相位噪声-110dBc/Hz@1KHz,-120dBc/Hz@10KHz,杂散抑制70dBc的点频源模块。2)DDS模块方案设计、器件选型、电路原理图和版图设计以及电路实现后的调试工作,利用FPGA控制高性能DDS芯片AD9914来实现频点控制和频率捷变。利用两级低通滤波器抑制镜像频率。主要实现输出10MHz~1.4GHz的高分辨率信号;最快频率切换时间可达70ns,频率步进为1KHz,输出功率5±2dBm。3)ALC模块方案设计、器件选型、电路原理图和版图设计以及电路实现后的调试工作,主要实现输出信号的功率控制。利用检波电路将功率信息反馈至FPGA,在FPGA内进行对比计算后,对增益控制器件进行控制,以准确控制输出功率。最终输出功率范围-45dBm~+15dBm,高达60dB动态范围。通过对该捷变频信号源的测试,实现了输出频率范围10MHz~1.4GHz,输出功率范围-45dBm~+15dBm,动态范围60dB。相位噪声-110dBc/Hz@1KHz,杂散抑制-60dBc,跳频时间在70ns,实现了高频率分辨率,低相噪,低杂散,功率可控的捷变频信号源的研究与设计。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN791;TN773
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章绪论
    1.1 频率合成技术概述
        1.1.1 频率合成技术分类
        1.1.2 国内外发展及现状
    1.2 片上可编程系统在微波信号源系统中的应用概述
    1.3 微波功率控制技术概述
    1.4 本文主要工作及章节安排
第二章频率合成及其控制技术的理论基础
    2.1 频率合成技术基本原理
        2.1.1 直接频率合成技术
        2.1.2 间接频率合成技术
        2.1.3 直接数字频率合成技术基本原理
        2.1.4 频率合成方案介绍
    2.2 捷变频技术主要技术指标
        2.2.1 杂散
        2.2.2 相位噪声
        2.2.3 频率切换时间
        2.2.4 功率平坦度
    2.3 微波电平控制技术基本原理
        2.3.1 直接功率电平控制电路
        2.3.2 ALC电路结构
        2.3.3 ALC电路中的关键器件
    2.4 片上可编程技术介绍
        2.4.1 可编程逻辑器件
        2.4.2 FPGA设计方法
    2.5 本章小结
第三章捷变频源的方案设计
    3.1 捷变频源预期指标
    3.2 频率源总体方案设计
    3.3 PLL参考源模块设计
        3.3.1 器件选型
        3.3.2 电路设计
    3.4 DDS模块设计
        3.4.1 DDS模块电路设计
            3.4.1.1 关键器件选型和介绍
            3.3.1.2 原理图设计和版图规划
        3.4.2 DDS模块控制方案
            3.4.2.1 可编程调制模式下频率捷变的实现
            3.4.2.2 线性扫频和随机扫频的实现
    3.5 ALC功率控制模块
        3.5.1 器件选型
        3.5.2 电路设计
        3.5.3 控制部分
    3.6 FPGA电路控制模块
    3.7 电源系统
    3.8 本章小结
第四章捷变频源系统的实现和调试
    4.1 基于FPGA的捷变频源的制作
    4.2 PLL参考源模块测试与分析
    4.3 DDS模块测试与分析
    4.4 ALC功率控制模块测试及分析
    4.5 问题总结
    4.6 本章小结
第五章总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 后期展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果

【参考文献】