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基于FPGA的氢原子钟分频钟的设计

张正  
【摘要】: 直接数字频率合成(DDS)技术改变了现代数字电子系统设计方法,并提供了一种新的设计方式。随着现场可编程门阵列器件(FPGA)的出现,以及数字集成电路和微电子技术的发展,直接数字频率合成(DDS)技术日益显示出它的优越性。用这种方法进行分频、倍频、产生正弦信号及其他复杂波形的技术日益受到重视并被广泛地应用于电子系统中。本文根据“我国综合原子时(JATC)建立与保持的研究”课题的需要,利用直接数字频率合成(DDS)技术,设计了氢原子钟分频钟,其目的是将国家授时中心的两台美国MHM-2010型氢原子钟的输出信号(5MHz,10MHz和100MHz)经分频变为1PPS,同时还充分利用DDS技术实现任意波形的产生,从而满足实际比对和测量的需要。 本文论述了频率合成技术的发展过程,比较了各种频率合成技术的特点, DDS技术的现状和课题的相关工作。主要有以下几部分内容: 首先,介绍了频率合成技术的分类,DDS的工作原理、基本结构及特点,并对DDS系统的优缺点进行了分析。 其次,介绍了FPGA的基本原理和开发流程,阐述了DDS技术基于FPGA平台的实现,对频率合成及产生任意波形的思路进行了详细说明。 最后,详细介绍了基于FPGA平台实现氢原子钟分频钟的设计过程,对产生的正弦、三角和锯齿三种波形及任意分频功能用Modelsim工具进行了仿真,结果达到了预期目标。


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