基于FPGA的DDS设计及实现.doc

基于FPGA的DDS设计及实现
时间：2010-09-2007:45:31来源：HYPERLINK"NULL"\t"_blank"现代电子技术作者：帅倩吴国辉代冀阳
0引言随着现代电子技术的不断发展，在通信系统中往往需要在一定频率范围内提供一系列稳定和准确的频率信号，一般的振荡器己不能满足要求，这就需要频率合成技术。直接数字频率合成(DirectDigitalFrequencySynthesis，DDS)是把一系列数据量形式的信号通过D／A转换器转换成模拟量形式的信号合成技术。DDS具有相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号等优点，已成为现代频率合成技术中的姣姣者。目前在高频领域中，专用DDS芯片在控制方式、频率控制等方面与系统的要求差距很大，利用FPGA来设计符合自己需要的DDS系统就是一个很好的解决方法。现场可编程门阵列(FPGA)器件具有工作速度快、集成度高、可靠性高和现场可编程等优点，并且FPGA支持系统现场修改和调试，由此设计的DDS电路简单，性能稳定，也基本能满足绝大多数通信系统的使用要求。1DDS的结构原理DDS的基本原理是利用有限的离散数据，通过查表法得到信号的幅值，通过数模转换器D／A后生成连续波。DDS的原理框图如图1所示。

其中：频率控制字为fword；相位累加器的位数为N。相位累加器以步长fword做累加，产生所需的频率控制数据；把得到的频率控制数据作为地址对ROM存储器进行寻址。数据存储器(ROM)实质是一个相位／幅度转换电路，ROM中存储二进制码表示所需合成信号的相位／幅度值，相位寄存器每寻址一次ROM，就输出一个相对应的信号相位／幅度值。理想情况下，累加器的N位全部用来寻址时，DDS的合成频率为：式中：fword为频率控制字；N为相位累加器位数；fclk为输入时钟。当fworld=1时，得DDS的最小分辨率。如果改变频率控制字，就可以改变合成的频率的频偏。2DDS调频系统在FPGA中的实现2．1累加控制模块的设计累加控制模块通过调用QuartusⅡ中模块化库LPM进行设计。即由加法器lpm_add_sub和乘法器lpm_mult及累加器altaccumulate模块构成。若要求DDS系统精度高，相位累加器的位数N须较大。现在大多数专用的DDS芯片的位数都在24～32位之间，这里取N=32。累加控制模块如图2所示。

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时间：2010-09-2007:45:31来源：HYPERLINK"NULL"\t"_blank"现代电子技术作者：帅倩吴国辉代冀阳
ADC转换芯片处理后的8位数字信号，为了使DDS合成的频率较大，末尾补4个O作为参数化模块lpm_add_sub的12位输入datai。由于ADC信号输出的是8位二进制偏移码，与计算机处理的二进制补码形式不同，需将二进制偏移码转换成二进制补码，在这里与另一路输入信号常数2048做减法，就能达到求补的目的，并输出12位有符号数。12位的输出接入lpm_mult模块，lpm_mult的另一路输入为12位任意数输入。乘法器的输出直接影响累加器累加相位的速度。当乘以一个比较大的数，则频率变化加快。同理，为了使合成频率较大，乘法器的24位输出在末尾补O成为32位数datab送到累加模块altaccumulate中。为了节省ROM容量，最后取altaccumulate输出的高10位作为ROM查找表的地址信号。累加控制模块的时序仿真如图3所示。

2．2ROM查找表的设计针对不同的可编程器件，ROM查找表的设计采用的方法也不相同。主要是基于lpm_rom和VHDL选择语句这两种方法。使用lpm_rom的波形存储表只需要产生数据文件*．mif，然后直接在定制lpm_rom时，添加数据文件即可。不过这种方法在FPGA支持内部嵌入式阵列块(EAB)时才可以使用；使用VHDL选择语句比较直观，但当输入数据量大的时候，这种方法是比较繁琐的。此次设计采用第一种方法。mif文件是在编译和仿真过程中作为存储器(ROM或RAM)初始化输入的文件，即memoryinitializationfile。创建mif文件的方式有很多种，在这次设计中，在Matlab中采用C语言来生成mif文件。mif文件编写格式如下：通常相位累加器的位数N很大，实际设计中受到体积和成本的限制。为了节省ROM的容量采用相位截断的方法，一般只取累加器输出的高几位作为ROM的寻址地址。设计中取累加结果的高10(M=10)位来进行查表，也就是说正余弦ROM有210=1024个寻址地址，数据宽度为12。如图4所示，设计了2个lpm_rom模块，分别是sin波形存储器和cos波形存储器。

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