直接数字合成器的ＦＰＧＡ设计与仿真开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。随着电子信息技术的发展，对其性能的要求也越来越高，如要求频率稳定性高、转换速度快，具有调幅、调频等功能，另外还经常需要两路正弦信号不仅具有相同的频率，同时要有确定的相位差。随着数字信号处理和集成电路技术的发展，直接数字合成(DDS)的应用也越来越广泛。DDS具有相位和频率分辨率高、稳定度好、频率转换时间短、输出相位连续、可以实现多种数字与模拟调制的优点，而可编程门阵列(FPGA)具有集成度高、通用性好、设计灵活、编程方便、可以实现芯片的动态重构等特点，因此可以快速地完成复杂的数字系统。由于模拟调相方法有生产性差、调试不方便、调制度控制不精确等缺点，因此采用数字方法实现各种模拟调制也越来越普遍。现在许多DDS芯片都直接提供了实现多种数字调制的功能，实现起来比较简单，而要实现模拟线性调制具有一定的难度。因此本设计介绍了一种采用FPGA实现DDS功能，产生频率和相位可调的正弦波信号的方法。波形发生器也可以通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波相位、频率和幅值可调的信号。信号的频率、相位可通过键盘输入并显示。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便，成本低。目前市场上已有的信号发生器有很多种，其电路形式有采用运放及分立元件构成；也有采用单片集成的函数发生器；以及以单片机和FPGA为核心，辅以必要的模拟电路构成的DDFS数字信号发生器。在保证信号发生器的稳定性、频率范围、幅值范围等指标的同时，实现对输出信号的频率、相位和幅值的数字控制是现代信号发生器的发展方向。

近几年随着FPGA和DDS技术的快速发展，基于FPGA实现的DDS信号发生器不仅能产生传统函数信号发生器说能产生的波形，还可以产生任意编辑的波形，这是其他频率合成方式所没有的。通过DDS这种方法产生任意波是一种简单且具有频率分辨率极高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻、有效的降低成本等优点，这都是其他方法所无法比拟的。在教学、科研和各种技术保障中，都有着广泛的使用。同时由于自身特点决定了它存在着以下两个比较明显的缺点：一是输出信号的杂散比较大，二是输出信号的带宽受到限制。当然这些问题已随着技术的发展这些问题正在得到解决。如通过增长波形ROM的长度减小相位截断误差。通过增加波形ROM的字长和D/A量化误差。在比较新的DDS芯片中普遍都采用了12bit的D/A转换器，分析DDS频谱特性，提出了一些降低杂散功率的方法，用随机抖动法提高无杂散动态范围。通过采用先进的工艺和低功耗的设计和提高DDS芯片工作频率，获得频带比较宽的信号了。

自80年代以来各国都在研制DDS的产品，并并广泛应用于各个领域。其中以AD公司的产品比较具有代表性。如AD7008、AD9850、AD9851、AD9852、AD9858等。其系统时钟频率从30MHz到300MHz不等，其中AD9858更是达到了1GHz。这些芯片还具有调制功能，内部也都集成了D/A转换器，精度最高可达到12bit。同时都采用了一些优化设计来提高性能。通过流水技术的使用提高了相位累加器的工作频率和字长，从而使得DDS芯片的输出频率和频率分辨率进一步的提高。同时为了抑制杂散，这些芯片大都采用了随机抖动法提高无杂散动态范围。基于FPGA实现的DDS信号发生器和以前相比有着灵活的接口和控制方式，可以通过PC机界面的程序进行任意波形的编辑。除了在仪器中的应用外，DDS在通信系统和雷达系统中也有重要的用途，在国计民生中也扮演着重要角色。

2. 研究的基本内容与方案

基于ＦＰＧＡ，设计一款直接数字合成器，完成fpgadds的模型设计,在simulink软件中完成图形界面下的建模、仿真和系统集成。

一、信号发生器

信号发生器由接口电路、fpga、低通滤波器、d/a转换等部分组成，其中主要为用fpga实现直接数字频率合成器(dds)的功能。通过键盘送入频率控制字、相位控制字和幅值控制字，使其输出一定频率、相位和幅值的正弦波信号，经过低通滤波器后形成平滑的正弦波。

3. 研究计划与安排

第1－2周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需基础资料。确定方案，完成开题报告。

第3－5周：硬件电路总体方案设计。

第6－8周：对vhdl进行研究学习。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]《可编程逻辑器件开发软件quartusii》，国防工业出版社，作者：郑亚民

[2]《基于quartusii的fpga/cpld设计》，电子工业出版社，作者：李洪伟

[3]《无线通信fpga设计》，电子工业出版社，作者：田耘徐文波等