頻率源是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要部件,S波段的電磁波在軍事、消費類電子產(chǎn)品和衛(wèi)星通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。頻率源信號的純凈度、切換速度和分辨率對各類電子系統(tǒng)有著重要的影響。頻率合成的技術(shù)從上個世紀(jì)開始到現(xiàn)在已經(jīng)歷了三代的發(fā)展。本文設(shè)計了一款S波段的頻率源,文中首先對數(shù)字式直接頻率合成(DDS)和鎖相式頻率合成(PLL)的原理進(jìn)行了介紹,討論了DDS中雜散和噪聲產(chǎn)生的原理和模型。針對DDS中相位截斷的現(xiàn)象,給出最大雜散分量近似計算公式,并用Matlab等工具進(jìn)行了驗證。文中從一個基本的鎖相環(huán)模型開始,闡述了鎖相環(huán)環(huán)路帶寬對鎖相環(huán)性能的影響,同時也介紹了鎖相環(huán)中分?jǐn)?shù)分頻的原理。在這些理論上,本文設(shè)計了一個利用DDS直接驅(qū)動PLL的混合頻率源。本文主要介紹了頻率源在硬件上和軟件上的設(shè)計。在鎖相環(huán)中選用了比較大的鑒相頻率,從而減小了鎖定時間。在軟件件上,本文設(shè)計了一組在PC平臺上的接口和圖形界面,從而方便了頻率源的測試與二次開發(fā)。此次設(shè)計中DDS部分使用ADI公司生產(chǎn)的AD9914芯片,DDS模塊設(shè)計輸出頻率為0-1GHz,頻率分辨率小于0.6Hz,相位噪聲優(yōu)于-80dBc@1kHz,并且除了輸出點頻外具有多種輸出模式。為了減小系統(tǒng)硬件的復(fù)雜度,使用了DDS內(nèi)置的鎖相環(huán)為自身提供時鐘信號。在系統(tǒng)運行期間DDS模塊通過FPGA受到上位機的實時控制,可以通過軟件接口隨時改變DDS模塊的輸出頻率和輸出波形。設(shè)計的令一大部分就是PLL模塊,本文設(shè)計了一款輸出頻率在3.1-3.3GHz的PLL電路,PLL模塊受到DDS模塊的驅(qū)動,其輸出的相位噪聲優(yōu)于-88dBc@10kHz,并且頻率步進(jìn)可小于10Hz,整個頻率源系統(tǒng)的切換時間小于150us。在軟件上利用Modelsim對Verilog程序進(jìn)行前仿真,驗證了FPGA內(nèi)部模塊設(shè)計的正確性與合理性。最后,本文在PC平臺上設(shè)計了一組軟件接口,并使用Qt Creator工具設(shè)計了圖形界面。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN74
【部分圖文】：

圖 1-1 K. Tajima 等人制作的頻綜原理框圖MOS 工藝和數(shù)字電路的發(fā)展，頻綜正在朝著集成化、低功6 年Liheng Lou, Bo Chen等人在硅基芯片上設(shè)計了一款全AC、VCO 和數(shù)字調(diào)制部分構(gòu)成[6]。VCO 輸出經(jīng)過分頻、誤差送至 DAC，由 DAC 的輸出控制 VCO 的調(diào)諧電壓，聲比較低,分辨率和切換時間等參數(shù)都比較理想。電路輸出GHz，在 15G 頻率輸出下，相位噪聲達(dá)到-99 dBc/Hz@1MHz。芯片采用 65nm 的 CMOS 工藝，VCO 在 1.2V 工作.5mA。

圖 1-1 K. Tajima 等人制作的頻綜原理框圖藝和數(shù)字電路的發(fā)展，頻綜正在朝著集成化heng Lou, Bo Chen等人在硅基芯片上設(shè)計了CO 和數(shù)字調(diào)制部分構(gòu)成[6]。VCO 輸出經(jīng)過至 DAC，由 DAC 的輸出控制 VCO 的調(diào)諧低,分辨率和切換時間等參數(shù)都比較理想。電 15G 頻率輸出下，相位噪聲達(dá)到-99 dBc/片采用 65nm 的 CMOS 工藝，VCO 在 1.2V

圖 2-2 DDS 內(nèi)部模塊工作輸出波形在時鐘cf 的驅(qū)動下，相位累加器的當(dāng)前輸出值為 ( n)，相位累加器的位數(shù)為N，頻率控制字為 M。則下一個時鐘后，相位累加器中的值為：( 1) ( ) mod2N n n M(2-1)為了便于分析，假設(shè)初始狀態(tài) (0) 0。則上式可寫成：( ) ( )mod2N n n M(2-2)易知 ( n)為周期序列，設(shè)其最小正周期為T ，則有：2(2 , )NNTGDC M (2-3)在T 個參考時鐘后，正弦查找表輸出了/ 2NT M個正弦波形的數(shù)據(jù)，經(jīng) DAC轉(zhuǎn)換和低通濾波后同樣也輸出 / 2NT M個正弦波，設(shè)低通濾波后輸出頻率為f ，
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本文編號：2840256