FPGA的DDS調(diào)頻信號研究與實現(xiàn)

　　3 DDS調(diào)制信號發(fā)生器FPGA電路設(shè)計

　　圖2給出了DDS調(diào)制信號發(fā)生器核心單元的FPGA電路設(shè)計圖。其設(shè)計方案采用ALTERA公司的Cyclone系列EP1C6T144C6芯片，加法器為12位，調(diào)制信號波形存儲器為4096×12BIT，載波信號波形存儲器為4096×12BIT，系統(tǒng)時鐘為80MHz；設(shè)計性能參數(shù)：載波頻率可達(dá)10MHz（為確保波形不失真，一周期至少取8點），調(diào)制頻率范圍0~100K，調(diào)頻深度0~10。外部電路輸入有調(diào)制信號頻率控制字Kh[11..0]，載波信號頻率控制字Kc[11..0]，頻偏控制字Kx[11..0]，調(diào)制信號系統(tǒng)時鐘TZCLK，載波信號系統(tǒng)時鐘ZBCLK。Kh[11..0]經(jīng)累加器A輸出累加相位ADDA[11..0]作為調(diào)制信號查找表的地址，波形數(shù)據(jù)Qa[11..0]和Kx[11..0]和Kc[11..0]經(jīng)過數(shù)值變換后輸出調(diào)頻控制字K[11..0]。K[11..0]經(jīng)累加器B輸出累加相位ADDB[11..0]作為調(diào)頻信號查找表的地址，波形數(shù)據(jù)Qb[11..0]經(jīng)外部DAC轉(zhuǎn)換和低通濾波得到調(diào)頻信號波形。其中，在兩個累加器后相連的DFF緩沖器有助于消除毛刺的影響，進(jìn)一步確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

　　4仿真及實驗

　　取載波系統(tǒng)時標(biāo)頻率1MHz，調(diào)制信號系統(tǒng)時標(biāo)頻率100KHz，相位累加器位數(shù)8位，兩個波形存儲器地址位數(shù)和數(shù)據(jù)位數(shù)都為8位。用QUERTUS Ⅱ 3.0 仿真，見圖3；用matlab 6.5仿真見圖4；用AEDK-EDA實驗箱下載（其FPAG芯片為EPF10K10TC144-4），D/A轉(zhuǎn)換及單極性輸出電路用ispPAC20芯片實現(xiàn)，通過Tektronix TDS3054B示波器觀察波形，結(jié)果見圖５。其中D/A位數(shù)為8，測量范圍-4-+4V，載波信號峰值1．414V，由圖4和圖5頻率調(diào)制解調(diào)波形數(shù)據(jù)可得載波頻率為14.2kHz，誤差-3．06％；調(diào)制頻偏為480Hz,誤差-1．69％；調(diào)制度為M＝10．21％，誤差2．1％,調(diào)制頻率為4.82kHz，誤差-1．23％。從實驗結(jié)果可以看出本文提供的設(shè)計理論及設(shè)計電路的不但正確、可行，并具有良好的性能參數(shù)。所有設(shè)計、仿真及實驗結(jié)果的一致，為DDS調(diào)頻信號發(fā)生器FPGA實現(xiàn)提供了優(yōu)良的設(shè)計方案。

圖3 DDS調(diào)頻波仿真圖（QUERTUS II

圖4 DDS調(diào)頻波仿真圖（matlab） 　圖5 DDS調(diào)頻波實驗結(jié)果圖

　　5 總結(jié)

　　用FPGA實現(xiàn)DDS調(diào)頻信號電路較采用專用DDS芯片更為靈活，只要改變FPGA中ROM內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，DDS就可以產(chǎn)生任意調(diào)制波形，且分辨率高，具有相當(dāng)大的靈活性。相比之下，DDS的功能完全取決于設(shè)計需求，可以復(fù)雜也可以簡單，而且FPGA芯片還支持在系統(tǒng)現(xiàn)場升級。另外，將DDS設(shè)計嵌入到FPGA芯片所構(gòu)成的系統(tǒng)中，其系統(tǒng)成本并不會增加多少，而購買專用芯片的價格則是前者的很多倍。所以采用FPGA來設(shè)計DDS系統(tǒng)具有很高的性價比。