利用DDS IP實現(xiàn)線性調(diào)頻信號

1 DDS技術(shù)簡介

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)逐漸不能滿足人們對于頻率轉(zhuǎn)換速度、頻率分辨率等方面的追求，直接數(shù)字頻率合成技術(shù)應(yīng)運而生。

直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS) 是把一系列數(shù)據(jù)量形式的信號通過D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量形式的信號合成技術(shù)。DDS具有很多優(yōu)點，比如：頻率轉(zhuǎn)換快、頻率分辨率高、相位連續(xù)、低功耗、低成本與控制方便。

DDS技術(shù)滿足了人們對于速度穩(wěn)定性的需求，但是在一些控制較為復(fù)雜的系統(tǒng)中，DDS專用芯片不能很好的貼合要求。利用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）實現(xiàn)DDS具有很大的靈活性，基本能滿足現(xiàn)在通信系統(tǒng)的使用要求。

2 DDS IP使用說明

基于FPGA的DDS設(shè)計方案

3 線性調(diào)頻信號

3.1 理論介紹

3.1.1 基本概念

線性調(diào)頻（LFM）信號是瞬時頻率隨時間成線性變化的信號。線性調(diào)頻信號也稱為鳥聲（Chirp）信號，因為其頻譜帶寬落于可聽范圍，聽著像鳥聲，所以又稱Chirp擴展頻譜（CSS）技術(shù)。

3.1.2 表達(dá)公式

本文重點研究Xlinx DDS IP實現(xiàn)線性調(diào)頻信號，主要關(guān)心線性調(diào)頻信號的相位變化情況，如若想要了解線性調(diào)頻信號其他方面信息，請參考其他相關(guān)文章。

線性調(diào)頻信號表達(dá)式:

線性調(diào)頻信號數(shù)學(xué)公式

其中，t是時間，單位為秒（s）；T是脈沖持續(xù)時間（周期）；K是線性調(diào)頻斜率，單位是Hz/s.

相位表達(dá)式:

φ(t)=πKt^2

相位變化率:

?φ(t)=2πKt

3.1.3 應(yīng)用范圍

LFM技術(shù)在雷達(dá)、聲納技術(shù)中有廣泛應(yīng)用，例如，在雷達(dá)定位技術(shù)中，它可用來增大射頻脈沖寬度、加大通信距離、提高平均發(fā)射功率，同時又保持足夠的信號頻譜寬度，不降低雷達(dá)的距離分辨率。

3.2 Matlab仿真

3.2.1 matlab代碼

fs=100e6;%采樣率
T=5e-6;%脈沖寬度
B=10e6;%信號帶寬
K=B/T;%調(diào)頻斜率
N=round(T*fs);%采樣點數(shù)
t=linspace(0,T,N);
y=exp(1j*pi*K*t.^2);%LFM信號
theta=pi*K*t.^2;%信號相位
dtheta=pi*K*t;%相位變化量

figure;
plot(t,real(y));
title('LFM信號時域-實部');
xlabel('t/s');
ylabel('幅度');
figure;
plot(t,imag(y));
title('LFM信號時域-虛部');
xlabel('t/s');
ylabel('幅度');

figure;
plot(t,theta);
title('LFM信號相位');
xlabel('t/s');
ylabel('相位');
figure;
plot(t,dtheta);
title('LFM相位變化率');
xlabel('t/s');
ylabel('相位變化率');

3.2.2 仿真結(jié)果圖像

3.3 FPGA實現(xiàn)

3.3.1 參數(shù)計算

For example:

參數(shù)與上述matlab參數(shù)一致，采樣率fs:100MHz，脈沖寬度T:5us，信號帶寬B:10MHz，采樣點數(shù)N:500。 Xlinx DDS IP設(shè)置如下，假定相位累加器設(shè)置為32位，輸出信號寬度設(shè)置為12位，可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行設(shè)計： DDS IP配置界面1 DDS IP配置界面2 需要注意的是相位增量不是一個定值，而是隨時間呈線性變化的量。根據(jù)公式相位表達(dá)式φ(t)=πKt^2與相位變化率?φ(t)=2πKt，端口S_AXIS_PHASE的CHAN_0_POFF 與CHAN_0_PINC設(shè)置如下：? 當(dāng)t = 0時 φ(t) = πKt^2 = 0;?φ(t) = 2πKt = 0 相位變化率?φ(t)每次增加的量為2πK?t: 2πK?t = 2πBT/TNfs = 2πB/N 由于DDS IP相位累加器位數(shù)Bθ(n)為32，且參數(shù)[0,2^32]對于相位弧度[0,1]，那么相位增量?θ公式如下： ?θ = 2πB/N*1/2π*2^Bθ(n)/fs = 858993.4592≈858993 綜上，CHAN_0_POFF設(shè)置為0，CHAN_0_PINC從0開始每次增加?θ。

3.3.2 仿真結(jié)果

部分代碼

//生成chirp信號
dds_compiler_0suband_reference_waveform_inst(
.aclk(samp_clk),
.aclken(dds_aclken),
.aresetn(dds_aresetn),
.s_axis_phase_tvalid(s_axis_phase_tvalid),
.s_axis_phase_tdata(s_axis_phase_tdata),
.m_axis_data_tvalid(m_axis_data_tvalid),
.m_axis_data_tdata(m_axis_data_tdata),
.m_axis_phase_tvalid(m_axis_phase_tvalid),
.m_axis_phase_tdata(m_axis_phase_tdata)
);

wiresigned[15:0]data_real=m_axis_data_tdata[15:0];
wiresigned[15:0]data_imag=m_axis_data_tdata[31:16];

仿真波形

線性調(diào)頻信號FPGA仿真波形

原文標(biāo)題：利用DDS IP實現(xiàn)線性調(diào)頻信號

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