毕业设计（论文）开题报告-基于fpga的频率合成器

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1、毕业论文（毕业设计）开题报告设计题目：专业：班级：学号：学生姓名：指导教师：二○一○年十月一．课题的意义直接数字频率合成（DDS）技术，具有频率切换速度快，很容易提高频率分辨率、对硬件要求低、可编程全数字化便于单片集成、有利于降低成本、提高可靠性并便于生产等优点。目前各大芯片制造厂商都相继推出采用先进CMOS工艺生产的高性能和多功能的DDS芯片，专用DDS芯片采用了特定工艺，内部数字信号抖动很小，输出信号的质量高。然而在某些场合，由于专用的DDS芯片的控制方式是固定的，故在工作方式、频率控制等方面

2、与系统的要求差距很大，这时如果用高性能的FPGA器件设计符合自己需要的DDS电路就是一个很好的解决方法，它的可重配置性结构能方便的实现各种复杂的调制功能，具有很好的实用性和灵活性。二．所属领域的发展状况直接数字频率合成（DDS）技术是60年代末出现的第三代频率合成技术，以Nyquist时域采样定理为基础，在时域中进行频率合成。DDS具有相对带宽很宽，频率转换时间极短（可小于20ns），频率分辨率可以做到很高（典型值为0.001Hz）等优点；另外，全数字化结构便于集成，输出相位连续，频率、相位、幅度

3、都可以实现程控，通过更换波形数据可以轻易实现任意波形功能。二．课题的研究内容实现信号源常用的方法是频率合成法，其中直接数字频率合成法(DirectDigitalFrequencySynthesis简称DDFS或DDS)，是继直接频率合成法和间接频率合成法之后，随着电子技术的发展迅速崛起的第三代频率合成技术．DDS是一种全数字技术，它从相位概念出发直接合成所需频率．与其他频率合成法相比，具有频率转换时间短，频率分辨率高，相位变化连续，低相位噪声和低漂移，易于集成、调整、实现正交输出等优点．近年来，D

4、DS技术在频率合成、通信、雷达、电子对抗、仪器测试等领域均有广泛的应用。目前，各大芯片制造厂商都相继推出采用先进CMOS工艺生产的高性能、多功能的DDS芯片（其中应用较为广泛的是AD公司的AD985X系列），为电路设计者提供了多种选择。然而在某些场合，DDS芯片在控制方式、置频速率等方面与系统的要求差距很大，这时如果用高性能的现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray简称FPGA)器件来设计符合自己需要的DDS电路就是一个很好的解决方法。这也是本设计所要研究的重点。三．

5、课题研究的难点及关键技术FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA设计中器件配置、电源管理、IP集成、信号完整性等是其关键问题。在用FPGA设计DDS电路的时候，相位累加器是决定DDS性能的一个关键部分，小的累加器可以利用ACEX器件的进位链得到快速

6、、高效的电路结构。然而，由于进位链必须位于临近的LAB（逻辑阵列块）和LE（逻辑单元）内，因此，长的进位链势必会减少其它逻辑使用的布线资源，同时过长的进位链也会制约整个系统速度的提高。相位／幅度转换电路是DDS电路中另一个关键，设计中面临的主要问题就是资源的开销。电路通常采用ROM结构，相位累加器的输出是一种数字式锯齿波，通过取它的高若干位作为ROM的地址输入，经查表（LUT）和运算后，ROM就输出所需波形的量化数据。ROM一般在FPGA（针对Altera公司的器件）中由EAB实现，且ROM表的尺

7、寸随着地址位数或数据位数的增加呈指数递增关系。因此，如何设计安排相位累加器和相位／幅度转换电路是此研究的难点。五．研究的方法与手段为了得到一种电路简单、性能稳定、易于控制的信号发生器，本文基于DDS基本原理，利用FPGA器件的各种优势，在FPGA开发工具QuartusII上完成了信号发生器的设计、综合及仿真，并最终在Ahera公司Cyclone系列的FPGA开发板上验证了设计。总的来说，新一代的直接数字频率合成器采用全数字的方式实现频率合成，与传统的频率合成技术相比，具有以下特点：（1）频率转换快

8、。直接数字频率合成是一个开环系统，无任何反馈环节，其频率转换时间主要由频率控制字状态改变所需的时间及各电路的延时时间所决定，转换时间很短。（2）频率分辨率高、频点数多。DDS输出频率的分辨率和频点数随机位累加器的位数的增长而呈指数增长。分辨率高达μHz。（3）相位连续。六．参考书目[1].宋烈武.EDA技术实用教程.湖北科学技术出版社，2006年[2].康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分（第四版）.高等教育出版社，2004年[3].潘松，王国栋.VHDL实用教程[M].成都：电子