fpga_asic-基于fpga 的数字移相信号发生器设计

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1、基于FPGA的数字移相信号发生器设计DesignofDigitalPhaseShiftGeneratorBasedonFPGA1,213(1．攀枝花学院;2．西南交通大学;3．电子科技大学)郝小江,伍刚,周玉荣Hao,XiaojiangWu,GangZhou,Yurong摘要：本文介绍基于FPGA和DDFS技术，应用Altera公司的FPGA开发工具DSPBuilder设计数字移相信号发生器，该数字移相信号发生器的频率、相位、幅度均可预置，分辨率高，精确可调。且可分别用作两路独立的信号发生器使用。关键词：FPGA;DSPBuilder;直接数字频率合成;数字移

2、相中图分类号：TP311文献标识码：AAbstract:ThispaperintroducedtheTechnologyoftheFPGAandDDFS.TheDigitalPhaseShiftGenerator(DPSSG)isdesignedbasedontheDSPBuilderofFPGAdevelopmentKitofAlteraCompany.Thefrequency,thephaseandtheamplitudeoftheDPSSGcanbepreconcerted,ithasahighresolutionandisadjustedflexibl

3、y.Atthesametime,Itcangeneratetwosinewaverespectively.Keywords:FPGA;DSPBuilder;DirectDigitalFrequencySynthesis(DDFS);DigitalPhaseShifting1引言在测量与仪器仪表领域，经常需要数字移相信号发生器，即存在相位差的两路同频信号，它目前已经广泛用于船舶、航空、检测等各行各业。通常采用移相网络来实现，如阻容移相、变压器移相等，采用这些方法输出波形受输入波形影响大，移相操作不方便，移相角度受信号频率和所接负载等因素影响。采用直接数字频率合成

4、技术设计数字移相信号发生器，能得到频率及相位精确可调的信号且实现方便，并能实现幅度的可调。本文采用基于FPGA和DDFS技术，利用DSPBuilder设计数字移相信号发生器，输出两路频率相同、相位差精确可调的正弦信号，并且频率及相位能够快速切换。避免用VHDL语言设计数字移相信号的复杂性，且比传统用单片机实现数字移相信号发生器更简单和快捷。FPGA是20世纪90年代发展起来的大规模可编程逻辑器件，随着EDA技术和微电子技术的进步，FPGA的时钟延迟可达到纳秒级，结合其并行工作方式，在超高速、实时测控方面有非常广阔的应用前景，并且FPGA具有高集成度、高可靠性，

5、几乎可将整个设计系统下载于同一芯片中，实现片上系统（SOC）。2数字移相原理直接数字频率合成器(DirectDigitalFrequencySynthesis-DDFS)，是一种新型的频率合成技术，基本原理是用全数字技术，从相位概念直接合成波形。具有较高的频率分辨率，可以实现快速的频率切换，并且在频率改变时能够保持相位的连续，很容易实现频率、相位及幅度的数控调制。随着技术和器件水平的提高，直接数字频率合成技术得到了飞速的发展，在通信、雷达系统及仪器仪表等多个领域得到了广泛的应用。DDFS以数控的方式产生频率、相位和幅度可以控制的正弦波，DDFS的基本结构主要由

6、相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表和D/A构成，相位累加器是整个DDFS核心，完成相位累加运算。相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表是DDFS结构中的数字部分，由于具有数控频率合成的功能，又合称为NCO(NumericallyControlledOscillators)。所谓移相是指两路同频的信号，以其中的一路为参考，另一路相对于该参考作超前或滞后的移动，即称为是相位的移动。两路信号的相位不同，便存在相位差，简称相差。假定要实现1KHz正弦信号的移相，在ROM中存储一个正弦周期32点数据，移相角度变化范围为02∼π，其移相分辨率为2/32π=π/16

7、，计数器的时钟频率f就为32KHz，这种方式clk移相器的移相精度较高且移相控制方便，移相知名度变化范围可达02∼π。如果输出信号ωn的频率为ω，相位分辨率为2/πn，要求计数器及DAC的工作频率为f=2，n越大clk2π在ROM中存储的数据点越多，正弦信号的失真就越小，移相的分辨率越高，但计数器及数模转换器的工作频率f就越高。clk直接数字频率合成(DDFS)移相原理是：先将正弦波信号数字化，并形成一张数据表存入两片ROM芯片中，此后可通过两片D／A转换芯片在计数器的控制下连续地循环输出该数据表，就可获得两路正弦波信号。当两片D／A转换芯片所获得的数据序列完

8、全相同时，则转换所得到的两路正弦波信号