直接数字频率合成器开题报告

毕业设计（论文）开题报告

题目基于FPGA的直接数字频率合成专业名称通信工程

班级学号09042138

学生姓名周忠

指导教师刘敏

填表日期2013 年 1 月8 日

一、选题的依据及意义：

直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer）是一种基于全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。其电路系统具有较高的频率分辨率，可以实现快速的频率切换（<20ns）,频率分辨率高（0.01HZ）,频率稳定度高，输出信号的频率和相位可以快速程控切换，输出相位可连续，可编程以及灵活性大等优点。DDS技术很容易实现频率、相位和幅度的数控调制，广泛用于接收本振、信号发生器、仪器、通信系统、雷达系统等，尤其适合调频无线通信系统

本课题使用可编程器件实现直接数字频率合成设计，它比传统的数字频率合成方式有着显著的优越性，与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。

二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：

直接数字频率合成(DDS)技术是第三代频率合成技术。20世纪70年代以来，随着数字集成电路和电子技术的发展，出现了一种新的合成方法——直接数字频率合成。它从相位的概念出发进行频率合成，采用了数字采样存储技术，具有精确的相位，频率分辨率，快速的转换时间等突出优点，是频率合成技术的新一代技术。直接数字频率合成作为新一代数字频率技术发展迅速，并显示了很大的优越性，已经在军事和民用领域得到广泛的应用，例如在雷达（捷变频雷达、有源相控雷达、低截获概率雷达）、通信（跳频通信、扩频通信）、电子对抗（干扰和反干扰）、仪器和仪表（各种合成信号源）、任意波形发生器、产品测试、冲击和振动、医学等方面的应用。

DDS技术作为一项具有广泛前景和生命力的频率合成技术，越来越受到人们的重视。随着微电子技术的飞速发展，国外一些大公司Qualcomm、ADI等竞相推出DDS芯片，来满足设计人员的要求。许多性能优良的DDS产品不断的推向市场。

Qualcomm公司推出了DDS系列Q2220Q2230等其中Q2368的时钟频率

130MHz分辨率0.03Hz杂散76dBc变频时间0.1sQ2230时钟频率85MHz频率间隔0.02Hz频率转换时间0.1sSciteq公司推出了系列化DDS产品其中ADS431时钟频率1.6GHz可正交输出分辨率1Hz杂散45dBc变频时间30ns美国stanford 公司的STEL-2171,GaAs电路时钟1GHz转换时间0.25s美国Analog Device公司也相继推出了他们的DDS系列AD9850AD9851可以实现线性调频的AD9852两路正交输出的AD9854以及以DDS为核心的QPSK调制器AD9853数字上变频器AD9856和AD9857AD公司的DDS产品全部内置了D/A变换器称为Complete-DDS,其中AD9854时钟频率300MHz近端杂散抑制优于80dBc远端优于48dBc相位噪声148dBc/Hz 在10kHz频率跳变速度130ns频率分辨率1Hz是目前市场上性能价格比较高的DDS器件之一。国内恽小华教授采用超高速的累加器存储器DAC等研究的DDS频率转换时间达0.1s。

三、研究内容及实验方案：

1. 研究内容：

DDS是继直接频率合成技术和锁相环式频率合成技术之后的第三代频率合成技术。它的工作原理是基于相位与幅度的对应关系，通过改变频率控制字(K)来改变相位累加器(位数为N)的相位累加速度，然后在固定时钟的控制下取样，取样得到的相位值(取相位累加器的高M位)通过相位幅度转换得到与相位值对应的幅度序列，幅度序列通过数模转换及低通滤波得到正弦波输出。图1为DDS 的基本结构，图2位DDS信号波程示意图。

图1 DDS基本结构

图2 DDS信号波程示意图

2. 实验方案：

以电子实验中心的自制FPGA开发板为基础，结合自制的高速D/AC模块和滤波器模块，以ISE软件为开发工具，以Verilog语言为开发语言，实现本设计。在达到设计目标的前提下，尽可能精简设计方案、电路结构，降低成本。

DA/C模块计划采用美国TI公司的DA/C902芯片，该芯片是12bit,165Msps 的高速数模转换器，并行数据控制口，互补电流输出，噪声小，完全能够满足输出频率上限10M的技术要求。

滤波器模块计划采用三阶巴特沃斯低通滤波器，巴特沃斯滤波器相对切比雪夫和椭圆滤波器具有通频带内频率响应曲线最大限度平坦没有起伏的特点，而且3阶巴特沃斯滤波器在阻带内的衰减也较快，因此很适合做DA/C904的后置滤波器。

四、目标、主要特色及工作进度：

目标：通过设计直接数字频率合成，设计相关电路对各种标准信号源的合成，得到自己想要的频率。

主要特色：本设计是软件硬件结合的一项毕业设计，既可以体现学生对频率合成技术的掌握又可以提高学生的实际动手能了，并创造性的将本科毕业

设计与学校的教学实践相结合，既锻炼了自己的科学研究能力又为学

校的实验教学提供了素材。

工作进度：第01～03周：资料查找、方案论证、英文资料翻译、开题报告撰写；

第04～11周：电路原理设计，线路板制作安装；编写程序、仿真测

试、程序下载；

第12～15周：软硬件联调，实验测试；

第16～18周：毕业论文撰写，答辩。

五、参考文献：

[1].Luca Callegaro,Gianluca Galzerano,Cesare Svelto. Precision impedance measurements

by the three-voltage method with a novel high-stability multiphase DDS generator[J]. IEEE T. Instrumentation and Measurement, Vol.52, 2003,1195-1199

[2].Seifert, Jason. Synthesizer/Converter Brings DDS Benefits To 40 GHz. [J].Microwaves & RF,2008,47(1)

[3].陈冬鹤，张辉，赵鹤群，王鹏.基于DDS技术的双路全控信号发生器设计[J].电子世界，2007(17)

[4].李伟英，钟新跃，谢四莲. 基于DDS技术的信号发生器设计与实现[J]. 电子工程师，2008(05)

[5]. 黄智伟. FPGA系统设计与实践[M]. 北京：电子工业出版社，2005

[6]. 蒋璇等. 数字系统设计与PLD应用技术[M]. 北京：电子工业出版社，2001