高速实时信号处理及一种新型模加法器的实现.docxVIP

高速实时信号处理概述与一种新型模加法器的设计与实现高速实时信号处理1.1高速实时信号处理概述1.信号处理的概念信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息从各种噪声、干扰的环境中提取出来，并变换为一种便于为人或机器所使用的形式。从某种意义上说，信号处理类似于沙里淘金的过程：它并不能增加信息量(即不能增加金子的含量)，但是可以把信息(即金子)从各种噪声、干扰的环境中(即散落在沙子中)提取出来，变换成可以利用的形式(如金条等等)。如果不进行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的；这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。2.高速实时数字信号处理的产生早期的信号处理主要是采用模拟的处理方法，包括运算放大电路、声表面波器件(SAW)以及电荷耦合器件(CCD)等等。例如运算放大电路通过不同的电阻组配可以实现算术运算，通过电阻、电容的组配可以实现滤波处理等等。模拟处理最大的问题是不灵活、不稳定。其不灵活体现在参数修改困难，需要采用多种阻值、容值的电阻、电容，并通过电子开关选通才能修改处理参数。其不稳定主要体现为对周围环境变化的敏感性，例如温度、电路噪声等都会造成处理结果的改变。3.高速实时数字信号处理系统的实现鉴于以上特点，高速实时信号处理系统的实现中，首先要采用先进设计软件来保证系统设计的正确性，其主要特征就是采用电子设计自动化(EDA)软件进行优化设计。其次，可以采用专用集成电路(ASIC)技术减小体积，提高集成度；而在样机阶段，则通常采用可编程逻辑器件(EPLD)或现场可编程门阵列(FPGA)来减小风险。第三，要研究高速度、低电平器件的特点和使用。第四，要研究并行体系结构的设计和选择问题。1.2信号处理分类理论分析和仿真计算:预先研究,模拟分析,系统设计前的仿真,事后分析 计算机/工作站：PC，巨型机，单台/多机/网络Fortran, C, Matlab 都是数字信号处理。侧重于分析、验证、测试、模拟。 实时信号处理:在限定的时间内，现场处理-特定的时间、地点小迟延,专用型,体积/功耗小,成本低大多数是嵌入式系统，脱离PC/:DSP/单片机/FPGA,A/D,D/A移动便携式少数是计算机 EDA,DSP开发工具,FPGA开发环境,调试仪器都是数字信号处理许多信号处理的应用都需要两步：第一步：从理论分析和仿真计算开始，前期预研第二步：发展到实时信号处理。从侧重于算法的有哪些信誉好的足球投注网站、优化、验证，到在实际环境中实现它。两步在方法上的区别：第一步，分析性能，第二步，可行性如何，可靠性/成本/体积 1.3高速实时电路集成高速实时电路集成主要是通过电路的二次集成，减小系统体积、功耗，提高性能/价格比、可靠性、必威体育官网网址性。目前主要的集成方法包括EPLD、FPGA、以及ASIC等等。(1)EPLD/FPGA技术：当前EPLD/FPGA技术的发展特点是：(a)集成密度不断提高：已经可以达到25万门集成，预计年底可达100万门；(b)功能愈加复杂：已经从单纯的逻辑控制发展到数据存储、信号处理；(c)设计输入方式灵活：可用图形输入、或硬件描述语言；(d)可进行系统仿真，并可反复编程。因此采用EPLD/FPGA技术可以大大减小系统体积、降低系统成本、缩短设计周期、减小设计风险、提高系统性能。(2)ASIC技术通常电子设计的发展可以粗略地划分为以下三个阶段：(a)用芯片设计硬件系统；(b)以uP为核心的软件编程设计；(c)ASIC设计，其最终的成果是芯片上的系统(Systemonachip)。ASIC的主要优点是：(a)适应用户特定的功能要求，效率最高；(b)体积小；必威体育官网网址性好。但是在样机阶段，我们认为还是应该采用EPLD/FPGA技术，以减小开发风险；待技术成熟后，可用ASIC技术进行最优的系统实现。1.4高速实时信号生成目前高速实时信号生成的热点问题是直接数字信号生成(DDS)，其基本结构可以分为相位累加型DDS和数据存储型DDS。(1)数据存储型DDS这种DDS芯片把要产生的信号波形存储于数据存储器，之后以一定的时钟速率将数据读出后送DAC芯片，经低通滤波产生所需的信号波形。其最大的优点是信号产生灵活，可以产生任意波形。问题是波形时间长度受存储量限制。(2)相位累加型DDS这种DDS芯片采用相位累加器和正弦查找表的方法，可以通过数字控制生成正弦信号、线性调频信号、相位编码信号等多种信号形式，信号时间长度不受限制，因此是目前DDS芯片中的常用类型。其主要问题是只能产生某些特定类型的信号，不能产生任意要求的信号波形。 (3)DDS主要性能指标描述DDS的主要性能指标包括：(a)时钟频率；(b)输出频率范围：一般为时钟频率的40%；(c)频率分辨率：取决于相位累加器位数、时钟频率；(d)输出杂散：来源于相位截断、幅度量化、DAC非线性；(e)输出相位噪声：来源于时钟不