基于FPGA的宽带多通道信号发生器研制

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1、硕士学位论文｜參、｜基于ＦＰＧＡ的宽带多通道信号发生器研制作者姓名刘少华指导教师姓名、职称苏涛教授申请学位类别工学硕士学校代码10701学号1502121023分类号TN95密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于FPGA的宽带多通道信号发生器研制作者姓名：刘少华一级学科：信息与通信工程二级学科：信号与信息处理学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：苏涛教授学院：电子工程学院提交日期：2018年6月DevelopmentofWidebandMultichannelSignalGeneratorBase

2、donFPGAAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSignalandInformationProcessingByLiuShaoHuaSupervisor:SuTaoTitle:ProfessorJune2018摘要摘要随着现代技术的发展，雷达的功能不断强大，在国防和民用生活领域扮演着至关重要的角色。现代雷达功能的复杂化需要信号的频率、带宽、调制类型以及捷变速度等性能上的大幅提

3、升，信号的波形种类趋于任意化。高性能任意信号发生器不仅可以产生低噪声、低抖动和预加重的宽带多通道射频信号，而且能够复现真实的、无失真的实际信号，在现代雷达系统研制与测试流程中极其重要。本文针对宽带多通道信号发生器的系统架构进行分析研究，确定采用上位机结合FPGA以及高速DAC的设计架构。由于上位机开发具有高度的灵活性，通过数学建模工具能够产生任意波形的基带信号；然后利用FPGA实现基带信号的高速数字上变频处理；最后由高速DAC进行可选择的第二级数字上变频处理并完成数模转换，实现目标模拟信号的输出。文章首先介绍宽带多通道信号发

4、生器的原理，包括直接数字信号合成技术以及数字上变频原理，根据现代化雷达对信号的需求，设计系统的实现方案。其次阐述基于FPGA的宽带多通道信号发生器的实现过程，详细叙述基于DDR3的乒乓存储结构设计，实现缓存上位机发送来的基带信号。重点说明第一级高速数字上变频的实现结构，包括抗混叠滤波器以及并行数控振荡器等结构的设计，实现基带信号的采样率提高到GHz的同时将信号频谱搬移至中频。然后介绍FPGA与高速DAC间基于JESD204B协议的高速通信以及高速DAC整体设计流程，最终实现产生目标模拟信号。最后文章突出介绍第三代高性能PCI

5、Express3.0串行总线技术，包括PCI-e的相关规范、FPGA内PCI-e硬核设计以及用于高速通信的DMA控制器设计，实现上位机与FPGA之间的高速数据传输。关键词：数字上变频，PCIExpress3.0，并行数控振荡器，任意波形发生器IABSTRACTABSTRACTWiththedevelopmentofmoderntechnology,radarhasbecomemoreandmorepowerful,whichplaysavitalroleinthefieldofnationaldefenseandcivill

6、ife.Thecomplexityofmodernradarfunctionsrequiresasignificantincreaseinperformancebasedonthefrequency,bandwidth,modulationtype,andagilityspeedofthesignal,meanwhile,thetypesofsignalwaveformstendtobearbitrary.High-performancearbitrarysignalgeneratorscannotonlyproducelo

7、w-noise,low-jitterandpre-emphasizedbroadbandmulti-channelRFsignals,butalsoreproducedistortion-freerealsignals,whichisextremelyimportantinthedevelopmentandtestingprocessofmodernradarsystems.Thesystemarchitectureofthewidebandmulti-channelsignalgeneratorisanalyzedinth

8、ethesis,determinesthedesignarchitectureofthehostcomputercombinedwithFPGAandhigh-speedDAC.Becauseofthehighflexibilityoftheuppercomputerdevelopment