正交信号发生器的设计方案综述【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电子信息工程正交信号发生器的设计方案综述摘要：文章首先简单介绍正交信号发生器的概念和应用背景，然后简述了正交信号发生器的工作原理，阐述了DDS工作的基本原理和利用DSPBuilder设计正交信号发生器的基本程序，提出了正交信号发生器的仿真和FPGA实现的基本方法,然后描述了基于AT89C52单片机、锁相环和开关电容滤波器的正交信号发生器的设计和实现方法和采用两片MAXO38同步组合产生两路相位差90度的正交信号，最后再给出笔者的结论，供读者参考。关键词：正交信号发生器；DSPBuilder；DDS；AT89C52单片机；MAX0381引言正交信号发生器是电子技术领

2、域中最基本的电路模块，广泛应用于通信系统、电子对抗、电子测量、科研教学等领域，随着电子信息技术的发展，对其性能要求也越高，如要求频率及相位可灵活调整且分辫率高，能够实现频率及相位的快速切换[1]。故采用基于FPGA的DDFS（直接数字频率合成）技术设计出两路幅度、频率及相位均可预置且方便可调的正交信号。由于正交方波信号较易得到，所以工程人员进行相关检测时所采用的正交信号源通常为方波信号。但通过对方波信号作傅立叶分析可知，这种信号含有丰富的谐波分量，严重影响相关检测中的接收精度及检测灵敏度。采用可控的正、余弦波作正交信号，就可以有效地避免谐波问题。2正交信号发生器工作原理正交信号发

3、生器可输出两个相位差为90度的正弦信号，即一个是正弦信号，另一个是余弦信号[2]。有了正交信号，就可以进行正交调制和正交解调。在用模拟压控振荡器VCO时，输出一组完全正交的信号很困难，而利用DDS技术，只要在基本DDS结构中增加一个ROM查找表，在两个ROM中分别放置一对正交信号即可，例如，一个放置Sin表，另一个放置Cos表。DDS用来产生频率、相位和幅度可变的正弦波。DDS的工作原理是利用正弦信号的相位与时间呈线性关系的特性。采用相位累加方法作为地址，读出相应ROM中的值，得到正弦信号的瞬时幅值，实现频率合成。DDS包括频率控制字、相位控制字、同步寄存器、相位累加器、波形存储

4、器、数模转换器、低通滤波器，见图l所示。在系统时钟的控制下，相位累加器对频率控制字K进行累加，得到相位码，相位码寻址ROM得到幅值码，经过数模转换后得到相应的阶梯波，再经过低通滤波得到连续平滑的、由频率控制字K决定的模拟输出波形，输出频率为foutfout=K*fc/2N设K=1时，DDS最小分辨率是fmin=fc/2N式中N是相位寄存器字长，输出频率是由K和N决定的。DDS可以用来产生多种波形，只要改变ROM中的数据，预先设置成正弦波、余弦波等，根据查表就可以实现不同的波形。利用DSPBuilder设计DDS，然后转换成VHDL。DDS的分辨率在相位累加器的位数Ⅳ足够大时，理论

5、上可以获得相应的分辨精度。[3]DDS是一个全数字结构的开环系统，无反馈环节，速度非常快。DDS的相位误差主要依赖于时钟的相位特性，相位误差小，相位是连续变化的，形成的信号具有良好的频谱，这是传统的直接频率合成方法无法实现的。相位字输入的数据宽度肘往往小于相位寄存器字长。[4]实际的DDS结构中Ⅳ很大，太大会导致ROM容量的成倍上升，而输出精度受D/A位数的限制未有很大改善，所以我们取Ⅳ的高肘位寻址ROM，这样也出现了截断误差。3正交信号发生器设计方案正交信号发生器的实现平台目前主要有：基于FPGA的实现、基于单片机的实现和基于专用芯片的实现等。本节对这三种实现手段进行阐述。3．

6、1基于DSPBUILDER的正交信号发生器设计用DSPBuilder来设计正交信号发生器，必须要用到DDS技术。直接数字频率合成（Dire技术是一种新型的频率合成技术和信号产生方法。[5]幅度调制在很多场合是需要的，通过改进基本DDS结构，在正弦ROM表后、D/A前放置一个幅度控制模块，一般采用乘法器来实现。此信号发生器的设计流程如图2所示。[6]图2正交信号设计流程首先利用ModelSim进行RTL级仿真，然后通过QuartusⅡ软件下载到FPGA芯片上，并用双踪示波器观察正交信号发生器的输出波形。要利用Matlab/Sinulink完成正交信号发生器的建模，首先在Matlab

7、的命令窗口中键入“Simulink”进入Simulink环境并找到AlteraDSPBuildr工具箱，在工具箱中找到相应的元件库和元件，根据正交信号发生器工作原理并做出正交信号发生器模型。其中正弦查找表的计算公式是511*sin([0:2*pi/(2^10)：2*pi])，余弦查找表的计算公式是511*cos([0:2*pi/(2^10)：2*pi])。在编译过程中，分别产生1024个数据，存放到扩展名为.mif的文件中。输入的数据是有符号数，但D/A器件的输入数据都是无符号数