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基于Builder的正弦信號(hào)源優(yōu)化設(shè)計(jì)

2362486 2017-11-03 | rar | 0.4 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

　實(shí)現(xiàn)信號(hào)源常用的方法是頻率合成法，其中直接數(shù)字頻率合成法是繼直接頻率合成法和間接頻率合成法之后，隨著電子技術(shù)迅速發(fā)展的第三代頻率合成技術(shù)。DDS是一種全數(shù)字技術(shù)，它從相位概念出發(fā)直接合成所需頻率，它具有頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短，頻率分辨率高，相位變化連續(xù)，低相位噪聲和低漂移，易于集成、調(diào)整、實(shí)現(xiàn)正交輸出等優(yōu)點(diǎn)。近年來，DDS技術(shù)在頻率合成、通信、雷達(dá)、電子對(duì)抗、儀器測(cè)試等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。目前專用的DDS芯片產(chǎn)生的信號(hào)波形、功能和控制方式固定，常不能滿足具體需要?，F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）器件具有規(guī)模大、工作速度快及可編程的硬件特點(diǎn)，并且開發(fā)周期短，易于升級(jí)，因此非常適用于實(shí)現(xiàn)DDS。
　　1 DDS的基本原理
　　DDS的結(jié)構(gòu)由相位累加器，相位調(diào)制器，波形存儲(chǔ)ROM和D／A轉(zhuǎn)換器組成，是Tierney，Rader和Gold于1971年提出。一個(gè)正弦信號(hào)發(fā)成器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。相位累加器是整個(gè)DDS的核心，完成相位累加運(yùn)算，它輸入的是相位增量B△θ。相位累加器每溢出一次，就代表輸出ROM內(nèi)的一個(gè)完整波形。相位調(diào)制器接收相位累加器的相位輸出。加上一個(gè)相位偏移量，用于信號(hào)的相位調(diào)制。正弦ROM查找表完成相位到幅度的轉(zhuǎn)換，它的輸入是相位調(diào)制器的輸出，也就是ROM的地址。
　　基于Builder的正弦信號(hào)源優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　fo為輸出頻率，fo的值由fclk和B△θ共同決定：fo=fclk×B△θ／2N。根據(jù)Nyquist采樣定律，最高的輸出頻率是時(shí)鐘頻率的一半，即fo=fclk／2。實(shí)際應(yīng)用中，一般取fo≤40％fclk。DDS的頻率分辨率△f用頻率輸入值步進(jìn)一個(gè)最小間隔對(duì)應(yīng)的頻率輸出變化量來衡量，即△f=fclk／2N（默認(rèn)情況下，ROM存儲(chǔ)整個(gè)周期信號(hào)波形）?？梢?，△f越小，DDS輸出精度越高。
　　2 DDS精度改進(jìn)方案
　　ROM查找表實(shí)際上是一個(gè)存儲(chǔ)了正弦信號(hào)抽樣點(diǎn)幅度編碼的只讀存儲(chǔ)器，將輸入的序列轉(zhuǎn)換為正弦信號(hào)的幅度編碼。ROM查找表地址位數(shù)M越靠近相位累加器的位數(shù)N，相位尋址時(shí)舍去的位數(shù)就越小，相位舍位誤差也就越小，但ROM表的大小會(huì)隨地址位數(shù)M的增加成指數(shù)遞增關(guān)系。因此，為了使用較小的ROM而滿足信號(hào)性能，必須采用優(yōu)化方法壓縮ROM。
　　2．1 正弦波特點(diǎn)
　　已知正弦波存在下面的關(guān)系：
　　基于Builder的正弦信號(hào)源優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　可見，［π，2π］區(qū)間的波形可以通過［0，π］區(qū)間波形轉(zhuǎn)化得到。進(jìn)一步，由于［O，π／2］和［π／2，π］區(qū)間波形關(guān)于α=π／2對(duì)稱，則［π／2，π］，［π，3π／2］，［3π／2，2π］三個(gè)區(qū)間波形都可以通過［0，π／2］區(qū)間的波形轉(zhuǎn)化得到。
　　2．2 基于DSP Builder的ROM優(yōu)化方案
　　從上面對(duì)正弦波特點(diǎn)的分析可得出，查找表ROM中只存儲(chǔ)［O，π］或［0，π／2］區(qū)間的波形就可得完整周期的正弦信號(hào)。這樣就有效地利用了ROM存儲(chǔ)完間，提高了存儲(chǔ)效率。對(duì)于ROM中存儲(chǔ)［O，π］區(qū)間波形的情況，可以利用相位調(diào)制器輸出的最高位作為符號(hào)位，將正弦波合成到［0，2π］區(qū)間。而對(duì)于ROM中存儲(chǔ)［0，π／2］區(qū)間波形的情形，利用相位調(diào)制器輸出的次高位判斷象限，將正弦波合成到［O，π］區(qū)間；最高位作為符號(hào)位，將正弦波合成到［0，2π］區(qū)間。圖2給出了ROM中存儲(chǔ)［O，2π］，［0，π］，［O，π／2］區(qū)間波形時(shí)，用DSP Builder實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)發(fā)生器的系統(tǒng)模型。