数控信号发生器综述【文献综述】

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毕业论文文献综述电子信息工程数控信号发生器综述摘要：随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS技术以其有别于其它频率合成技术的优越性能和特点，成为现代频率合成技术中的佼佼者。DDS的主要优点是它的输出频率、相位和幅度能在数字处理器的控制下精确而快速的变换。其他固有的特征，包括极微小的频率调谐与相位分辨率能力，和在两个频率之间的跳跃能力。这些技术在高端技术和军事技术，如雷达，以及通信系统中已成为普遍的应用技术。但是因为价格昂贵，耗电量大，难以实现，而且需要一个独立的高速Ｄ／Ａ变换器。因为信号是数字形式的，通过用数字信号处理方法，对ＤＤＳ进行编程很容易实现不同的调制形式，合适的信道带宽，跳频和数据速率。关键字：DDS技术数字信号信道带宽跳频数据速率1.数控信号发生器概述直接数字频率合成技术(directdigitalsynthesizer，DDS)是在20世纪7O年代由Ｊ．Ｔierney,C.M.Rader和B.Gold,在论文《ADigitalFrequencySynthesizer》中提出的，可以利用数字可控振荡器技术，直接用数字信号控制产生高精度频率信号，频率分辨率可以达到LHz，和传统的直接频率合成(Ds)、锁相环间接频率合成（PLL），FNPLL合成和PSG单环路合成相比较，DDS的主要优点是它的输出频率、相位和幅度能在数字处理器的控制下精确而快速的变换。其他固有的特征，包括极微小的频率调谐与相位分辨率能力，和在两个频率之间的跳跃能力。2.数控信号发生器的意义和发展历史1971年,美国学者提出了以全数字技术,从相位概念出发直接合成所需波形的一中新的频率合成原理,称之为直接数字频率合成器(DDS)。这是频率合成技术的一次重大革命。但是限于当时微电子技术和数字信号处理技术的限制,DDS并没有得到足够的重视,随着现代超大规模集成电路集成工艺的高速发展,使得数字频率合成技术得到了质的飞跃,它在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨率以及集成化等一系列性能指标方面,已远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平。但是由于DDS数字化实现的固有特点,决定了其输出频谱杂散较大，从20世纪80年代末开始通过深入的研究认识了DDS杂散成因及其分布规律后,对DDS相位累加器进行了改进,ROM数据进行了压缩,使用了抖动注人技术以及对DDS工艺结构和系统结构进行了改进。这些改进技术促使了AD、Qualcomm、stanford等公司一系列优良的DDS器件不断出现。但工艺的完善并没有彻底解决DDS中DAC的瞬态毛刺和非线性这些固有缺陷, 而这些问题还会随着温度变化和电路工艺引人的数字噪声等发生随机变化,他们所带来的输出信号频谱质量劣化很难改善。目前为止,DDS输出的频谱杂散很少有做到-60dBc以下的产品,一般比较好的产品都在-70dBe左右。近几年来,随着DDS技术的不断完善和发展,其输出频率、杂散、相位噪声、功耗、集成化等各项性能指标较早期产品已有大大提高,出现了一系列的优秀产品。由于其在频率合成以及信号调制等方面出色的性能,应用范围已扩展到通信、宇航、遥控遥测、仪器仪表等各项电子领域3.数控信号发生器研究现状及发展趋势随着这些年来我国对超大规模集成电路的重视以及各大院校研究所的努力,相继出现了许多DDS方面的研究论文,走上了逐步发展的道路,但是在这些大量的文献之中主要是运用DDS去实现许多良好的功能或者是对其性能指标作详细的分析再加以改进提高,然而几乎是没有关于如何设计DDS芯片或者是有自己的DDS芯片诞生,因此我国在DDS的研究上与国际水平还是有很大的差距。随着近几年来我国芯片产业的快速发展,对DDS的研究已经有了突破性的进展以上所述大都是基于ROM查询法,而我国利用自主知识产权的DACIP核设计和电路高速工作的设计技术,研发出0.35μm工艺硅(Si)基CMOS方式,2GHz合成时钟频率的ROM–Less直接数字频率合成芯片。又从原理分析到芯片设计及流片验证完整地研发出融人过采样艺/△技术的新型高分辨率直接数字频率合成芯片,该工作受到国际同行的重视与好评。近年来随着GSM,GPRS,3G,BlueTooth乃至己经提出标准的4G等移动通信以及LMDS、无线本地环路等无线接人的发展,同时加上合成孔径雷达、多普勒冲雷达等现代军事、国防、航空航天等在科技上的不断创新与进步,世界各国非常重视频率合成器的发展。所有的这些社会需求以及微电子技术、计算机技术、信号处理技术等本身的不断进步都极大刺激了频率合成器技术的发展。可以预料,随着低价格、高时钟频率、高性能的新一代DDS芯片的问世,DDS的应用前景将不可估量,我国正朝着这个方向逐步前进!4数控信号发生器的基本原理直接数字频率合成的理论依据是时域抽样定理,即一个频带限制在(0,fc/2)范围内的时间信号f(t),如果以Tc二1从秒的间隔对他进行等间隔抽样,则信号将被所得到的抽样值完全确定。也就是说,此信号f(t)可以由其采样值完全恢复过来。DDS正是基于这样一个原理而形成的,他将一个阶梯化的信号(即采样信号)通过一个理想的低通滤波器,就得到原始的连续信号f(t)。 DDS系统的基本原理图5数控信号发生器的设计方案5.1基于FPGA的数控信号发生器目前市场上可以见到很多采用先进CMOS工艺生产的高性能和多功能的专用DDS芯片，但是在某些场合，专用DDS芯片在控制方式、频率控制等方面与系统的要求差距很大，这时用FPGA按照自己的需要来“定制”DDS电路，是一个很好的解决方案。FPGA能达到较高的系统时钟频率，用它实现DDS电路，其输出频率可接近与时钟频率；还可以根据需要实现各种复杂的调频、调相、调幅功能，具有良好的实用性和可控性。采用这种方法设计的DDS具有集成度高、电路设计简单、功耗低、分辨率高等特点，具有相当大的灵活性和很高的实用价值。5.2DDS信号发生器系统硬件DDS信号发生器系统硬件框图首先由键盘键入功能选择键，如果是方波则要加入占空比，最后键入频率值，单片机会对键盘键入的值进行处理，在显示模块上显示频率，并计算生成频率控制字传输给EP1K30。下面的主要工作将由EP1K30来完成，其将单片机送入的频率控制字送到相位累加器进行处理，形成频率值和初始相位。同时不断地查找波形存储器ROM生成数字波形，再进行数模转换生成模拟的波形，最后再通过低通滤波器生成最终我们所期望得到的波形。5.3基于SOPC的数控信号发生器 4-1DDS频率合成器框图DDS频率合成器由晶体振荡器、控制电路、DDS、倍频器、带通滤波器、功率放大器等电路组成。DDS可选用AD9854作为频率合成器核心器件,它的系统时钟高达30MHz,频率分辨率为1Hz,10并口编程速率以及较高杂散抑制度。AD9854的优良性能使超高速频率合成器实现成为可能。晶体振荡器输出经AD9854内置的倍频器七倍频后,DDS以7倍晶体振荡频率作为系统时钟。为了简化电路,提高频率切换时间,DDS输出信号经过一个带通滤波器后,驱动9倍频器链作为频率合成器的翰出。带通滤波器BPFI后插人的放大器的作用是增加DDS输出信号幅度,提高倍频器的效率,同时在两级倍频器后加人两个五阶通滤波器来抑制带外杂散,频率合成器输出信号f0为9xfnDs。6.总结通过对数控信号发生器的结构的分析，让我们在以后的设计中能够更加深入具体的理解和运用，不过我们也不能直接的套用，要有针对性的把理论和实际结合起来。为以后设计和调试的过程中出现问题时候能够从本质出发去检查。总而言之，系统设计简单，程序简洁易懂，外观设计美观实用一直是我们努力的方向。参考文献：[1]白居宪.直接数字频率合成[M].西安交通大学出版社2007.7[2]潘琢金译.C8051F020/1/2/3混合信号ISPFLASH微控器数据手册[M].沈阳：沈阳新华电子有限公司，2002[3]李炎清《毕业论文写作与范例》[J]厦门：厦门大学出版社。2006.10[4]石寅.我国在芯片研究领域的突破性进展一直接数字频率合成芯片[J].半导体研究所,2000(4)[5]万心平,张厥盛,郑继禹.锁相技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,1995.[6]童长飞.C8051F系列单片机开发与C语言编程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005[7]林青.DDS在数字调制中的应用[J].无限电工程，2001[8]李朝青．单片机原理及接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2005