论文部分内容阅读
随着现代通信系统和数字集成电路的飞速发展,高性能信号源在数字通信、空间通信、雷达测量、电子对抗、仪器仪表和卫星导航等领域中的作用正变得越来越大。与直接模拟频率合成和锁相环频率合成技术相比,直接数字频率合成器（DDS）具有频率分辨率高、频率切换时间短、跳频相位连续、可数字编程控制和易合成复杂波形等优点,已被广泛应用于现代数字通信系统中。作为频率合成技术的主要发展方向,采用数字实现方式的DDS具有很多传统频率合成技术不具备的优越性能,但杂散性能差一直是限制DDS发展的主要因素。本文主要研究了具有较好灵活性和杂散抑制特性的DDS系统设计。为了改善DDS的杂散抑制特性,首先分析了DDS的杂散来源、杂散频谱特性以及现有的杂散抑制算法。针对相位截断误差对DDS数字部分频谱纯度的影响,提出了一种结合分段线性插值近似和幅度量化逆向设计的基于插值的无相位截断算法,并采用Matlab对基于插值的无相位截断算法进行仿真分析,验证了基于插值的无相位截断算法通过改进ROM结构和查找表机制,可以有效的降低硬件开销并改善DDS的杂散抑制性能。针对复杂模拟器件DAC对DDS性能的限制,实现了一种基于Delta-Sigma数字调制技术的全数字DDS结构,设计了1位4阶低通Delta-Sigma数字调制器和1位8阶带通Delta-Sigma数字调制器,并采用Simulink分别对Delta-Sigma数字调制器进行建模和行为级仿真,仿真结果表明,Delta-Sigma数字调制器信噪比达到100.7dB,有效位数为16位。本文在基本DDS结构的基础上,完成了整体DDS电路及其关键的相幅转换模块和Delta-Sigma数字调制器的RTL级设计和优化。设计的DDS可以实现32位的频率控制精度和14位的相位控制精度,能够实现FM、PM、2FSK、2PSK等多种调制信号输出,并具有两种模式的线性扫频调制方式。本文采用Matlab和Modelsim分别对设计的RTL级的整体DDS电路及其关键的相幅转换模块和Delta-Sigma数字调制器进行功能验证和性能分析。分析结果显示,相幅转换模块的无杂散动态范围达到-86.9d Bc;Delta-Sigma数字调制器信噪比达到99.4dB,有效位数为16位;DDS的频率准确度达到10-9数量级。另外,基于FPGA对相幅转换模块和Delta-Sigma数字调制器进行了电路性能评估,并采用综合工具Design Compiler,基于SMIC 0.25微米工艺库完成了DDS电路的逻辑综合。