本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的高精度相位可控DDS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 直接數(shù)字頻率合成器 高精度頻率 相位可控 銣原子鐘

【摘要】：直接數(shù)字頻率合成技術(shù)是一種全新的、完全數(shù)字化的頻率合成技術(shù),它是繼直接頻率合成、鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)之后的又一次革命。其應(yīng)用于儀表技術(shù)、雷達(dá)、衛(wèi)星授時(shí)與遙控遙測等諸多領(lǐng)域。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及器件工藝水平的不斷提高,直接數(shù)字頻率合成器(DDS)已然成為頻率合成領(lǐng)域里的翹楚。其具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、相位變化連續(xù)以及相噪低、易集成等諸多優(yōu)點(diǎn),特別是高分辨率與高切換速度是傳統(tǒng)頻率合成器無法企及的。本文利用FPGA實(shí)現(xiàn)三路DDS,將銣原子鐘提供的一路10MHz基準(zhǔn)信號擴(kuò)展為兩路10MHz信號與1路5MHz信號,其精度保持不變。一個(gè)典型的DDS由相位累加器、波形存儲器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器與低通濾波器構(gòu)成。本課題為了高精度衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)中實(shí)際應(yīng)用,能夠驅(qū)動TTL電平,遂還增加了倍頻電路與輸出驅(qū)動電路等模塊。本文首先對頻率合成的歷史發(fā)展作了概述,然后詳細(xì)敘述了DDS的原理和結(jié)構(gòu),分析了其性能指標(biāo),對相位截?cái)嗾`差、幅度量化誤差與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的非線性誤差所引入的雜散問題進(jìn)行了分析討論,并提出了幾種比較實(shí)用的雜散抑制方法。接著對DDS輸出信號的頻譜進(jìn)行了簡要分析。隨后對選用的Xilinx公司的X3S1400AN-FGG676芯片進(jìn)行了簡要介紹。重點(diǎn)介紹了基于FPGA的DDS的具體實(shí)現(xiàn)方法與整個(gè)系統(tǒng)的完整硬件電路的設(shè)計(jì)方案;給出了每個(gè)軟件模塊的RTL視圖與各個(gè)硬件電路模塊的原理圖。最后對設(shè)計(jì)成品用相關(guān)儀器進(jìn)行了測試,并給出了測試結(jié)果。測試結(jié)果顯示,其輸出信號的1秒頻率穩(wěn)定度為1.6×10-11,10秒頻率穩(wěn)定度可達(dá)到3.6×10-12,說明利用銣鐘的高穩(wěn)定信號輸入,通過FPGA芯片設(shè)計(jì)的DDS分頻,完全能夠獲得高穩(wěn)定度的頻率源。
【關(guān)鍵詞】：直接數(shù)字頻率合成器 高精度頻率 相位可控 銣原子鐘
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN741
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-15
• 1.1 頻率合成技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r10-12
• 1.1.1 直接模擬頻率合成10
• 1.1.2 鎖相頻率合成10-11
• 1.1.3 直接數(shù)字頻率合成11-12
• 1.2 DDS的應(yīng)用12-13
• 1.3 基于FPGA實(shí)現(xiàn)DDS系統(tǒng)的解決方案13-14
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu)14-15
• 2 直接數(shù)字頻率合成器的理論分析15-30
• 2.1 DDS的基本原理15-18
• 2.2 DDS的基本結(jié)構(gòu)18-24
• 2.2.1 相位累加器18-20
• 2.2.2 波形存儲器20-21
• 2.2.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器21-23
• 2.2.4 低通濾波器23-24
• 2.3 頻率合成技術(shù)的性能指標(biāo)24-25
• 2.4 DDS雜散源分析25-28
• 2.4.1 相位截?cái)嗾`差分析25-26
• 2.4.2 幅度量化誤差分析26-27
• 2.4.3 DAC轉(zhuǎn)換誤差分析27-28
• 2.5 本章小節(jié)28-30
• 3 基于FPGA的DDS的設(shè)計(jì)30-50
• 3.1 FPGA簡述30-34
• 3.1.1 FPGA的選擇30-31
• 3.1.2 Spartan-3AN的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)31-32
• 3.1.3 FPGA的設(shè)計(jì)流程32-34
• 3.2 DDS的模塊化設(shè)計(jì)34-43
• 3.2.1 相位累加器模塊設(shè)計(jì)34-35
• 3.2.2 波形存儲器模塊設(shè)計(jì)35-42
• 3.2.3 頻率控制器模塊設(shè)計(jì)42-43
• 3.2.4 相位控制器43
• 3.3 NCO各個(gè)電路模塊仿真43-47
• 3.3.1 相位累加器仿真43-44
• 3.3.2 象限選擇器仿真44
• 3.3.3 符號取反器仿真44-45
• 3.3.4 頻率控制器仿真45-46
• 3.3.5 相位控制器仿真46
• 3.3.6 NCO仿真46-47
• 3.4 頻譜分析47-49
• 3.5 本章小結(jié)49-50
• 4 高精度DDS硬件電路設(shè)計(jì)50-64
• 4.1 硬件電路總體方案50
• 4.2 銣鐘信號輸入電路設(shè)計(jì)50-52
• 4.3 倍頻電路設(shè)計(jì)52-53
• 4.4 FPGA外圍電路設(shè)計(jì)53-54
• 4.5 DAC電路設(shè)計(jì)54-56
• 4.6 濾波電路設(shè)計(jì)56-61
• 4.7 輸出驅(qū)動電路設(shè)計(jì)61-63
• 4.8 本章小節(jié)63-64
• 5 DDS的實(shí)現(xiàn)與測試64-69
• 5.1 DDS的實(shí)現(xiàn)64
• 5.2 測試與結(jié)果分析64-68
• 5.2.1 輸出電平65
• 5.2.2 頻率分辨率65-66
• 5.2.3 諧波與雜散66-67
• 5.2.4 功耗67-68
• 5.3 本章小節(jié)68-69
• 6 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 總結(jié)69
• 6.2 展望69-71
• 附錄 1：DDS數(shù)控部分原理圖71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果75-76
• 致謝76-77

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1 方洪俊;;一種寬頻帶、高速頻率合成方法的研究[J];無線電工程;2000年08期

2 李兆訓(xùn);現(xiàn)代通信中的頻率合成新技術(shù)[J];電子產(chǎn)品世界;2002年18期

3 周杰,呂良飛,欒寶寬,董茂林;一種數(shù)字式頻率合成環(huán)路的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J];電子工程師;2002年07期

4 周登榮;;頻率合成解決方案[J];攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào);2006年04期

5 房啟志;張盱昊;羅海明;耿爽;;基于數(shù)字補(bǔ)償?shù)目焖兕l率合成方法的研究[J];沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);2007年01期

6 董繼承;黃宇;;頻率合成方案淺析[J];科技資訊;2007年16期

7 姜濤;;頻率合成方法與實(shí)現(xiàn)[J];中華文化論壇;2008年S1期

8 付聰;;應(yīng)用于某雷達(dá)射頻前端的頻率合成模塊設(shè)計(jì)[J];大眾科技;2010年03期

9 成華強(qiáng);;鎖相環(huán)在捷變頻率合成中的應(yīng)用[J];電子質(zhì)量;2010年07期

10 胡仁深;數(shù)字式頻率合成的一種新方法[J];電訊技術(shù);1983年02期

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1 丁宗文;李銘祥;葛建民;;一種新的鎖相式頻率合成源的實(shí)現(xiàn)[A];2005年海峽兩岸三地?zé)o線科技學(xué)術(shù)會論文集[C];2005年

2 方立軍;馬駿;龔曉凌;;雷達(dá)低噪聲鎖相頻率合成[A];中國電子學(xué)會第七屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2001年

3 周東明;盧中昊;李高升;何建國;;P波段瞬態(tài)極化雷達(dá)頻率合成控制組件設(shè)計(jì)[A];2009年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2009年

4 張顯滿;;利用聲體波器件實(shí)現(xiàn)頻率合成[A];1991年全國微波會議論文集（卷Ⅱ）[C];1991年

5 管弘;紀(jì)華;汪海勇;紀(jì)晨華;黃麗芳;龍程;宋偉霖;;1MHz～26.5GHz寬帶頻率合成信號源[A];2003'全國微波毫米波會議論文集[C];2003年

6 紀(jì)晨華;劉同賀;紀(jì)華;;1MHz～26.5GHz寬帶頻率合成信號源ALC穩(wěn)幅技術(shù)的探討[A];2003'全國微波毫米波會議論文集[C];2003年

7 黃蕾;王祝盈;陳小林;謝中;;改善直接數(shù)字頻率合成信號質(zhì)量的研究[A];2004全國測控、計(jì)量與儀器儀表學(xué)術(shù)年會論文集（下冊）[C];2004年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 浙江 陳軍偉;自制寬頻帶頻率合成尋呼碼發(fā)生器[N];電子報(bào);2002年

2 四川 楊虹;ZN-0112調(diào)頻立體聲發(fā)射機(jī)及鎖相環(huán)頻率合成單元電路剖析[N];電子報(bào);2002年

3 山東 鄭茂欣;頻率合成器信號源[N];電子報(bào);2006年

4 武漢 葉啟明;自制兩功能邏輯筆[N];電子報(bào);2006年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 詹銘周;小型毫米波頻率合成技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2011年

2 陳海琴;光學(xué)頻率合成關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華東師范大學(xué);2014年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 賀雙;低相噪頻率合成模塊的研究與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2015年

2 雷鑫;基于FPGA的數(shù)字鎖相環(huán)與直接數(shù)字頻率合成器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2014年

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4 宗慎言;一種面向微型核磁共振的射頻發(fā)射電路研究[D];東北大學(xué);2014年

5 楊鑒;聲光信號處理測試系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2015年

6 王寧;基于FPGA的多波形信號源研究和仿真[D];河北科技大學(xué);2015年

7 劉超;10MHz-6GHz頻率源研究[D];電子科技大學(xué);2014年

8 彭昭;基于FPGA的直接數(shù)字頻率合成器的設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2015年

9 王靈東;光纖頻率傳輸中頻率合成模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];上海交通大學(xué);2015年

10 王晉偉;基于FPGA的高精度相位可控DDS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中北大學(xué);2016年

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本文編號：1083211