2.5G采样率任意波形信号源的研究与实现

发布时间：2017-07-20 22:08

  本文关键词：2.5G采样率任意波形信号源的研究与实现

  更多相关文章： 信号产生 任意波形 数字模拟转换 并行内插 FIR多相滤波器

【摘要】：论文来源于宽带信号模拟源项目。任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator,AWG)作为一种激励信号源,不仅能够产生常规波形,还能够输出不规则的任意波形,在测试测量领域占据着重要的地位,已经成为通信、雷达、导航等领域常用的复杂波形信号源。AWG主要由三大部分构成,即是波形存储器,相位累加器与数模转换器(Digital to Analog Converter,DAC)。在AWG的实现过程中会因为波形幅度的量化引入量化误差,因为数模转换模块的非线性引入非线性误差,同时也会因为波形存储模块的存储容量不足而产生相位截断误差。这些构成了基于直接数字式频率合成(Direct Digital Synthesizer,DDS)技术的AWG实现过程中存在的主要误差,共同影响着AWG的性能指标。其中DAC的非线性特性是影响宽带任意波形发生器波形质量的重要因素,论文对由DAC的零阶保持特性所引起的衰落进行了详细说明。首先,本文分析探讨了DAC的非线性,重点介绍了零阶保持特性所引起的Sinc函数衰落,分析了FIR低通数字滤波器用于DAC的非线性特性补偿的原理。并通过了MATLAB仿真,验证了算法的可行性。然后,本文对内部插值原理及其带来的失真并对常规的FIR滤波器的基本原理进行了分析,在此基础上利用一种改进的并行内插FIR多相滤波器的算法,用于同时完成插值滤波。此类并行内插FIR多相滤波器结构能使FPGA器件在较低的采样频率下工作,并且以较低的采样频率处理高速任务。在ML605和AD9739A的平台上,对2.5G采样率的并行内插多相滤波器算法进行了实现。我们通过对所设计的并行FIR多相滤波器进行MATLAB仿真,以获得滤波器系数,然后再将该系数运用于任意波形发生器的FPGA设计中。测试结果说明,该滤波器使各通道的子滤波器工作在较低的采样频率下,还对任意波形发生器过程中DAC的非线性、通道的不平坦性等因素作出了补偿,从而使合成输出波形具有较好的幅频特性。最后对本文的设计进行了总结,指出了需要改进和优化的内容:本文中AD9739A采用DDR的原理在时钟上下沿实现两路数据的同步输出,可以进一步合理进行时钟分配以及设置约束条件,提高性能;仍可继续优化文中并行内插FIR多相滤波器算法,以降低FPGA的系统资源和功耗,提高任意波形信号源的性能。
【关键词】：信号产生 任意波形 数字模拟转换 并行内插 FIR多相滤波器
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN741;TN713;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 研究背景和意义15-16
• 1.2 国内外有关研究现状及发展前景16-17
• 1.2.1 国外研究现状16-17
• 1.2.2 国内研究现状17
• 1.3 论文主要内容17-18
• 1.4 论文章节安排18-21
• 第二章 宽带信号模拟源原理及误差分析21-39
• 2.1 DDS的原理及误差分析21-25
• 2.1.1 DDS原理21-23
• 2.1.2 DDS的特点23
• 2.1.3 DDS的FPGA实现23-24
• 2.1.4 DDS误差分析24-25
• 2.2 宽带信号模拟信号源技术方案25-26
• 2.3 系统信号质量和误差分析26-37
• 2.3.1 数字幅度量化误差26-28
• 2.3.2 相位截断误差28-31
• 2.3.3 DAC器件的Sinc函数衰落产生原理31-37
• 2.3.4 时钟相位失配37
• 2.4 本章小结37-39
• 第三章 基于FIR滤波器的Sinc衰落补偿技术39-53
• 3.1 FIR滤波器的介绍39-45
• 3.1.1 FIR滤波器的简介39-40
• 3.1.2 FIR数字滤波器的结构描述40-41
• 3.1.3 FIR滤波器线性相位条件41-42
• 3.1.4 FIR滤波器的设计方法42-45
• 3.2 基于FIR的ISinc滤波器45-51
• 3.2.1 ISinc滤波器设计原理介绍45-47
• 3.2.2 FIR数字滤波器的MATLAB仿真及算法描述47-51
• 3.3 本章小结51-53
• 第四章 内部插值带来问题及解决方法53-67
• 4.1 信号源内部插值方法53-58
• 4.1.1 插值DDS原理分析53-55
• 4.1.2 时钟失配带来的信号失真55-58
• 4.1.3 时钟失配的解决方法58
• 4.2 基于数字内插技术的并行FIR滤波器58-66
• 4.2.1 插值原理58-60
• 4.2.2 并行FIR滤波器原理及MATLAB仿真60-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 FPGA设计实现与测试结果分析67-81
• 5.1 系统硬件平台67-69
• 5.1.1 ML605简介67-69
• 5.1.2 AD9739A概述69
• 5.2 AD9739A接口设计69-73
• 5.2.1 AD9739A工作原理及模式69-72
• 5.2.2 FPGA接口设计72
• 5.2.3 AD9739A的时序仿真72-73
• 5.3 并行FIR滤波器算法的设计73-75
• 5.3.1 内插FIR多相滤波器的FPGA设计73-74
• 5.3.2 Modelsim仿真结果分析74-75
• 5.4 测试结果75-80
• 5.4.1 频率准确度和相位噪声测试75-78
• 5.4.2 谐波测试78
• 5.4.3 扫频带宽与带内平坦度测试78-80
• 5.4.4 测试结果分析80
• 5.5 本章小结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-89
• 作者简介89-90

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本文编号：570214