高性能任意波形发生器设计

【摘要】信号源是电子测量和科学研究实验中不可缺少的工具,广泛应用于仪器、仪表、通信、雷达、控制等领域,高性能的信号源也越来越受到工程师的重视。直接数字频率合成技术(DirectDigitalSynthesis,DDS)是一种全新的数字化频率合成技术,因其频率分辨率高、频率变换速度快以及可以产生多种波形等优点而被广泛应用于高性能任意波形发生器的设计中。本文采用现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)和高速数模转换器实现了DDS任意波形发生器的设计。该信号源的系统采样率为500MSa/s,模拟带宽为160MHz,是一个典型的高速数模混合电路。在高速电路设计中,互连线对信号不再是畅通透明的,如果处理不好会出现一系列的问题,如反射、串扰、地弹、衰减等,这些问题会严重影响信号质量,甚至导致电路不能正常工作。在高速数模混合电路中不仅要考虑到信号完整性问题,更要处理好数字电路与模拟电路之间的相互干扰问题。论文首先介绍了DDS的工作原理,阐述了利用FPGA实现DDS任意波形发生器的优势；然后具体描述了FPGA实现DDS任意波形发生器的设计框图、电路结构、芯片选型、信号处理等设计,并对系统工作流程作了详细的介绍；接着分析了电路中可能出现的信号完整性问题,运用Mentor公司的HyperLynx仿真软件对相关问题进行仿真,并根据仿真结果来制定相关布局、布线规则,完成系统的PCB设计。文章最后给出了整个系统的测试数据。实验结果表明,采用FPGA实现DDS任意波形发生器的设计方案是切实可行的,信号源的模拟带宽高达160MHz,可以稳定的输出正弦波、脉冲波、指数波等32种常规波形,并可以实现任意波形的输出。
【作者】叶显；
【导师】黄光明；
【作者基本信息】华中师范大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】DDS；FPGA；反射；串扰；信号完整性；

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