基于FPGA的DDS IP實現(xiàn)線性調(diào)頻信號的設計方案

利用DDS IP實現(xiàn)線性調(diào)頻信號1 DDS技術(shù)簡介隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)逐漸不能滿足人們對于頻率轉(zhuǎn)換速度、頻率分辨率等方面的追求，直接數(shù)字頻率合成技術(shù)應運而生。

直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS） 是把一系列數(shù)據(jù)量形式的信號通過D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量形式的信號合成技術(shù)。DDS具有很多優(yōu)點，比如：頻率轉(zhuǎn)換快、頻率分辨率高、相位連續(xù)、低功耗、低成本與控制方便。

DDS技術(shù)滿足了人們對于速度穩(wěn)定性的需求，但是在一些控制較為復雜的系統(tǒng)中，DDS專用芯片不能很好的貼合要求。利用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）實現(xiàn)DDS具有很大的靈活性，基本能滿足現(xiàn)在通信系統(tǒng)的使用要求。

2 DDS IP使用說明

基于FPGA的DDS設計方案

3 線性調(diào)頻信號

3.1 理論介紹

3.1.1 基本概念

線性調(diào)頻（LFM）信號是瞬時頻率隨時間成線性變化的信號。線性調(diào)頻信號也稱為鳥聲（Chirp）信號，因為其頻譜帶寬落于可聽范圍，聽著像鳥聲，所以又稱Chirp擴展頻譜（CSS）技術(shù)。

3.1.2 表達公式

本文重點研究Xlinx DDS IP實現(xiàn)線性調(diào)頻信號，主要關(guān)心線性調(diào)頻信號的相位變化情況，如若想要了解線性調(diào)頻信號其他方面信息，請參考其他相關(guān)文章。

線性調(diào)頻信號表達式：

線性調(diào)頻信號數(shù)學公式

其中，t是時間，單位為秒（s）；T是脈沖持續(xù)時間（周期）；K是線性調(diào)頻斜率，單位是Hz/s.

相位表達式：

φ（t）=πKt^2

相位變化率：

?φ（t）=2πKt

3.1.3 應用范圍

LFM技術(shù)在雷達、聲納技術(shù)中有廣泛應用，例如，在雷達定位技術(shù)中，它可用來增大射頻脈沖寬度、加大通信距離、提高平均發(fā)射功率，同時又保持足夠的信號頻譜寬度，不降低雷達的距離分辨率。

3.2 Matlab仿真

3.2.1 matlab代碼

fs = 100e6; %采樣率

T = 5e-6; %脈沖寬度

B = 10e6; %信號帶寬

K = B/T;%調(diào)頻斜率

N = round（T*fs）;%采樣點數(shù)

t = linspace（0，T，N）;

y = exp（1j*pi*K*t.^2）;%LFM信號

theta = pi*K*t.^2; %信號相位

dtheta = pi*K*t; %相位變化量figure;

plot（t，real（y））;

title（‘LFM信號時域-實部’）;

xlabel（‘t/s’）;

ylabel（‘幅度’）;

figure;

plot（t，imag（y））;

title（‘LFM信號時域-虛部’）;

xlabel（‘t/s’）;

ylabel（‘幅度’）;

figure;

plot（t，theta）;

title（‘LFM信號相位’）;

xlabel（‘t/s’）;

ylabel（‘相位’）;

figure;

plot（t，dtheta）;

title（‘LFM相位變化率’）;

xlabel（‘t/s’）;

ylabel（‘相位變化率’）;

3.2.2 仿真結(jié)果圖像

3.3 FPGA實現(xiàn)

3.3.1 參數(shù)計算

For example：

參數(shù)與上述matlab參數(shù)一致，采樣率fs:100MHz，脈沖寬度T:5us，信號帶寬B:10MHz，采樣點數(shù)N:500。Xlinx DDS IP設置如下，假定相位累加器設置為32位，輸出信號寬度設置為12位，可以根據(jù)自己的需求進行設計：

DDS IP配置界面1

DDS IP配置界面2需要注意的是相位增量不是一個定值，而是隨時間呈線性變化的量。根據(jù)公式相位表達式φ（t）=πKt^2與相位變化率?φ（t）=2πKt，端口S_AXIS_PHASE的CHAN_0_POFF 與CHAN_0_PINC設置如下： 當t = 0時φ（t） = πKt^2 = 0;?φ（t） = 2πKt = 0相位變化率?φ（t）每次增加的量為2πK?t:2πK?t = 2πBT/TNfs = 2πB/N由于DDS IP相位累加器位數(shù)Bθ（n）為32，且參數(shù)［0，2^32］對于相位弧度［0，1］，那么相位增量?θ公式如下：?θ = 2πB/N*1/2π*2^Bθ（n）/fs = 858993.4592≈858993綜上，CHAN_0_POFF設置為0，CHAN_0_PINC從0開始每次增加?θ。

3.3.2 仿真結(jié)果

部分代碼

//生成chirp信號

dds_compiler_0 suband_reference_waveform_inst （

.aclk （samp_clk），

.aclken （dds_aclken），

.aresetn （dds_aresetn），

.s_axis_phase_tvalid （s_axis_phase_tvalid），

.s_axis_phase_tdata （s_axis_phase_tdata），

.m_axis_data_tvalid （m_axis_data_tvalid），

.m_axis_data_tdata （m_axis_data_tdata），

.m_axis_phase_tvalid （m_axis_phase_tvalid），

.m_axis_phase_tdata （m_axis_phase_tdata）

）;

wire signed ［15:0］ data_real = m_axis_data_tdata［15:0］;

wire signed ［15:0］ data_imag = m_axis_data_tdata［31:16］;

仿真波形

線性調(diào)頻信號FPGA仿真波形

文章出處：【微信公眾號：FPGA之家】

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