毕业论文基于fpga高频信号源的设计和制作.doc

1 引言 本课题的意义与目的 雷达是一种靠辐射电磁能和检测反射体回波的存在以及特性来进行工作的有源装置。雷达的主要目的是检测远距离目标和确定目标的空间位置。雷达大致分为两类:有哪些信誉好的足球投注网站雷达和跟踪雷达。有哪些信誉好的足球投注网站雷达主要是为检测目标存在与否而设计装备的，它也能提供一些粗略的目标信息;跟踪雷达则着重于信息的提取，即根据目标回波进行参数估计，一旦确定了目标的存在，它就试图精确地估计有意义的目标参数，如距离、角度和角速度等。通常雷达系统普遍采用的发射信号大致有以下几种：单频脉冲、线性调频信号及编码调制信号。为了增大探测距离，优化距离分辨率、速度分辨率等技术指标，通常还将这几种波形进行组合产生组合波形。 信号源是雷达系统的重要组成部分，雷达系统常常要求信号源稳定、可靠、易于实现、具有预失真功能，信号的产生及信号参数的改变简单、灵活。因此，研制一种通用的、可多种信号组合输出、调整方便、小型化、便携式的常规设备配发部队、工厂，将有利于部队、工厂维修资源的改善，也有利于部队战斗力的提高。 本设计的构思由此而来，即采用数字处理、FPGA、和EDA设计等先进技术，设计一种可以输多种模拟信号的雷达信号源。 国内外的发展及现状 在70年代前，波形发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，输出的波形具有良好的相位噪声、较低的寄生分量以及较快的开关速度等，但是模拟电路的漂移较大，输出波形幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。 在70年代以后，微处理器的出现，使得可以利用微处理器、A/D和D/A等硬软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。此类波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC进行程序控制，得到各种简单的波形。例如，令微处理器A自身循环增量，每增量一次即向DAC送出一个数，使DAC有一个输出。当A的内容达到最大值时，再增量一次，A的内容就变为最小值（零）。如此周而复始就可以从DAC输出端获得一个正相的阶梯波。用同样的方法还可以获得方波、锯齿波、三角波等波形。软件控制波形的一个最大缺点就是输出波形的频率低，这主要是由CPU的工作速度决定的。如果想提高频率可以通过修改程序以减少其执行周期或提高CPU的时钟周期，但这些办法是有限的，根本的办法还是要改进硬件电路。当时的信号处理器是专用于信号处理的微处理器，时钟频率只有1—2MHz,A/D和D/A一般在8位左右，内部存储容量也很小。因此，能够产生的正弦波其有效频宽不会超过1MHz。到了1988年，出现了几种真正高性能、高价值的函数发生器。HP公司推出了型号为HP8770S的信号模拟装置系统，它是由HP8770A任意波形数字化器和HP1776A波形发生软件组成。HP8770A可产生高达50MHz的8种波形，但价格昂贵。不久之后，Analogic公司推出了型号为Data-2020的多波形合成器，Lecroy公司也推出了型号为9100的任意波形发生器。现在随着电子、计算机和信号处理技术的发展，极大地促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度。 目前任意波形发生器主要是基于DDFS (直接数字频率合成)技术。DDFS的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形。DDS的结构有很多种，其基本的电路原理可用图1来表示。相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲fs，加法器将频率控制字k与累加寄存器输出的累加相位数据相加，并将相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。用相位累加器输出的数据作为波形存储器(ROM)的相位取样地址，这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值(二进制编码)经查表查出，完成相位到幅值的转换。波形存储器的输出送到D/A转换器，D/A转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。低通滤波器用于滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。DDS在相