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基于FPGA的直接数字频率合成器研究

张静  
【摘要】: 直接数字频率合成技术(Direct Digital Synthesis简称DDS)是十九世纪七十年代提出的一种全数字化结构的频率合成方法,采用一个恒定的输入参考时钟源,以数据处理的方式产生频率相位可调的输出信号。经过三十多年的发展,已成为现代频率合成的主要方式。具有频率分辨率高、频率转换速度快、相位连续、相位噪声低等优点,被广泛应用在通信、雷达、遥控遥测、导航、PCS/PCN系统等领域。近年来兴起的现场可编程门阵列(FPGA)具有集成度高、速度快、可靠性强等优点,非常适合设计DDS系统的数字部分。 本文主要讨论了直接数字频率合成器的实现,并通过改进其关键部分的结构,对直接数字频率合成器进行了研究。 本文首先分析了直接数字频率合成器的工作原理及其结构,并对实现相位幅度的各种方法予以详细分析。对DDS的关键部分数控振荡器NCO进行了优化设计,采用Brent-Kung二元树结构和选择进位加法器相结合实现相位累加器,减小了系统延时;对传统Cordic算法进行了改进,使用并行Cordic算法实现相位幅度的转换,重点研究了Cordic算法旋转方向的计算。用Verilog硬件语言对设计的各部分进行编程,在Quartus‖软件上对其进行仿真,验证设计的合理性,并对系统的整体性能进行了仿真。最好,详细分析了直接数字频率合成器的输出频谱,给出了几种减小杂散的方法。


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