正交直接数字频率合成器的研究与设计

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1、哈尔滨．I．稃火学硕+学何论文摘要本文对于通信系统中应用广泛的直接数字频率合成器(DDFS)做了介绍和综述，快速的频率转换，较高的频率分辨率和较好的频谱特性使其得到了r：广泛的应用。文中介绍了四类常用的DDFS合成方法，对比了四类DDFS合J成方法的优缺点，并从功耗和输出信号的频谱纯度两个角度对合成方法进行了分析，可以看出二阶多项式近似算法相比于其它合成方法在功耗和频谱纯^●J度方面具有综合优势。为了进一步降低功耗和提高系统工作频率，针对正交直接数字频率合成器(Q．DDFS)，提出了一种基于二阶多项式近似算法的改进算法一分解的二阶多项式近似算法(简称“分解法")。设计了一种用分

2、解法实现的相位一幅度转换模块的Q．DDFS结构，从逻辑单元和输出频谱特性两方面进行分析，给出了这一算法的参数选取的原则。通过选取合适的参数，实现了基于FPGA的分解法Q．DDFS结构，该结构完全采用数字电路，并且没有ROM查找表和复杂的逻辑电路等，因而适用于要求低功耗及高集成度的混合通信系统。本文实现了一个基于十六分段近似的分解法Q．DDFS，用VerilogHDL语言描述Q．DDFS系统，并使用QuartusII对系统进行了仿真和验证，通过Matlab对系统输出进行时域和频域分析。该结构可以获得110．9dBc的无杂散’{动态范围(SFDR)，最高工作频率为147MHz，系统

3、分辨率为0．03Hz，同时囊转换延迟为8个系统周期，约为54ns。仿真结果表明，与二阶多项式近似算法相比分解法，在输出频谱纯度不变的情况下，可以减小20％的逻辑单元消耗，并将最高工作频率提高了25MHz，系统输出带宽增加IOMHz。通过与其它直接数字频率合成方法的比较，可以看出分解法在输出频谱纯度和频率分辨率方面具有较大的优势。关键词：正交直接频率合成器；分解法；无杂散动态范围：逻辑单元'l·一●哈尔滨。I：稃人学硕十学何论文ABSTRACTInthisthesis，introductionandsummarizationofthedirectdigitalfrequencys

4、ynthesizer(DDFS)arecarriedout．Itsfastfrequencyswitching，finefrequencystepsandgoodspectralpurityhavemadeitpopularinamyriadofapplicationsincommunicationsystems．ThethesisintroducesfourkindsofthecommonDDFSsynthesismethodandfourkindsofsynthesismethodsarecomparedbetweentheadvantagesanddisadvantage

5、s．Basedonthepowerandthespectrumpurity，thesynthesismethodsareanalyzed．Comparedtoothermethods，thequadraticpolynomialapproximationalgorithmhascomprehensiveadvantagesoverpowerandspectralpurity．TodesignaQ-DDFSwhichrequireslesshardwareandworksatahigheroperatingfrequency，thisthesispresentsadesignof

6、Q—DDFSwithphase-to—sinusoidamplitudeconverterbasedontheimprovedthequadraticpolynomialapproximationalgorithm--adecompositionalgorithmofthequadraticpolynomialapproximation．Adetailedandsystematicprocedurefortheselectionofquadraticsegmentcoefficientsisproposedfromtheanalysisofbothlogicelementsan

7、dspectrum．AQ-DDFSarchitecturebasedonFPGAwiththe1characteroflesslogicelementsisimplementedbyselectingappropriate{coefficients．ThisROM-lessandnocomplicatedlogiccircuitsistotallycomposedofdigitalcircuits，andisverysuitableformixedsignalcircuitsand-comm