基于DDS的通用通信信号源设计毕业设计

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1、基于DDS的通用通信信号源设计摘要信号发生器是现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，广泛用于电子电路、自动控制和科学实验等领域。任意波形发生器的出现，为现代电子测量提供了一种全新的解决方案，它除了可以生成常见的标准波形之外，还可以利用微处理器通过波形编辑软件生成系统测试所需的任意波形信号，其性能明显优于传统的信号发生器，可以很好的满足现代电子测量的需要，它代表了信号源的发展方向。任意波形发生器在现代电子测量领域的迅速发展，其关键在于直接数字频率合成(DDS)技术的提出本文从DDS的基本原理出发，系统的阐述了DDS的波形合成理论，通过对其数学综合表达式的推导，在

2、FPGA内实现了FM、AM、2FSK、2ASK、2PSK、16QAM、GMSK等调制功能模块，用数字的方法直接实现了信号的调制输出。关键词:任意波形发生器;DDS;FPGA:信号调制第一章绪论1.1直接数字频率合成（DDS）技术的提出以信号发生器为代表的通用信号源，是电子工程师、生产测试以及教学科研的重要测试设备，广泛应用于通信、雷达、导航、广播电视、遥控遥测等领域。作为一种为电子测试和计量工作电信号的设备，它和示波器，、电压表、频率计等仪器一样，是最普通、最基木，也是应用最广泛的电子仪器之一，几乎所有的电参量的测量都要用到信号发生器。随着电子技术的飞速发展，测

3、试对信号发生的要求也越来越高，特别是对信号源的信号精度、频率的调节范围、信号的稳定度以及信号的输出类型都提出了更高的要求，要求信号源不仅可以产生正弦波、三角波、方波等常见的标准波形，还需生成调频、调幅等波形。而当今高性能的频率源均通过频率合成技术来实现。传统的频率合成器有直接频率合成器和锁相环两种。直接频率合成方法具有频率转换时间短、载频相位噪声性能好等优点，但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器结构复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。锁相环式频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需频率

4、的信号，抑制杂散分量，并且避免了大量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。除此之外，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率和相位都很难控制。在频率合成（FS,FrequencySynthesis）领域中，常用的频率合成技术有模拟锁相环、数字锁相环、小数分频锁相环（fractional-NPLLSynthesis）等，直接数字合成(DirectDigitalSynthesis－DDS)是近年来新的FS技术。单片集成的DDS产品是一种可代替锁相环的快速频率合成器件。DDS是产生高精度、快速变换频率、输出

5、波形失真小的优先选用技术。DDS以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过高速D/A变换器产生所需的数字波形（通常是正弦波形），这个数字波经过一个模拟滤波器后，得到最终的模拟信号波形。DDS的工作原理是以数控振荡器的方式产生频率、相位可控制的正弦波。电路一般包括基准时钟、频率累加器、相位累加器、幅度／相位转换电路、D／A转换器和LPF(LowPhaseFilter，低通滤波器)。频率累加器对输入信号进行累加计算，产生频率控制字。相位累加器是典型的反馈电路，由N位全加器和N位累加寄存器级联而成，对代表频率的二进制码进行累加运算。幅度／相

6、位转换电路实质上是一个波形寄存器，以供查表使用，读出的数据送入D／A转换器和LPF。数字频率合成器是一种数字控制的锁相倍频器。其输出频率是基准频率的整数倍，通过频率选择开关改变分频比来控制压控振荡器的输出信号频率。1.1频率合成技术的发展过程1.1.1直接模拟频率合成（DAFS）技术直接模拟频率合成（DirectAnalogFrequencySynthesis）技术是一种早期的频率合成技术，原理简单，易于实现。它由模拟振荡器产生参考频率源，再经谐波发生器产生一系列谐波，然后经混频、分频和滤波等处理产生大量的离散频率。根据所用的参考频率的数目不同可分为非相关合成方

7、法和相关合成方法两种类型。非相关合成方法使用多个晶体参考频率源，所需的各种频率分量分别由这些参考源提供。它的缺点在于制作具有相同频率稳定和精度的多个参考频率源既复杂又困难，而且成本很高。相关合成方法只是用一个晶体参考频率源，所需的各种频率都由它经过分频、混频和倍频后得到，因而合成器输出频率的稳定性和精度与参考源一样。直接频率合成方法的优点是频率转换时间短、相位噪声低，但是由于采用大量的混频、分频、倍频和滤波等模拟硬件设备，使频率合成器的体积大、成本高、结构复杂、容易产生杂散分量，大多数硬件的非线性影响难于抑制。1.1.2锁相环（PLL）的间接频率合成技术锁相环是

8、间接频率合成技术中的一个