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摘要：本文介绍了一种使用FPGA产生基带数据，配合正交数字上变频器（QDUC）AD9957，可以输出复杂波形的信号产生器。该系统具有结构简单、一致性好、可靠性高的特点。具有较高的应用价值。
关键词：正交调制；AD9957；FPGA；SOC
引言
在通信、导航、测量等无线应用领域，传统的信号发生器要经过数模转换、模拟滤波、混频、信号放大等多次处理，涉及离散器件多，结构复杂，产品受环境影响一致性差，不利于生产调试。数字波形生成以其结构严谨、可编程、高度一致的特点，逐渐取代了模拟器件，获得了广泛的应用。
本文设计的信号发生器，在FPGA中例化软核处理器（Microblaze）实现通信、控制、参数配置等功能，使用FPGA的数字逻辑实现异步串口、SPI物理驱动、基带信号产生等功能，使用QDUC器件AD9957实现数字滤波、数字上变频、频率产生、数模转换，最终产生期望的模拟信号。
1 信号模型
2 系统结构
本文所述信号发生器的软硬件架构如图1：
该信号发生器是模拟、数字混合的正交调制系统，其中复基带信号在FPGA中产生。通信、控制、工作参数设定等在片上处理器中实现。本地载波、、混频滤波及数模转换由QDUC器件实现。
软件工作流程为：系统上电，处理器先初始化通信接口，然后控制SPI及离散控制接口，初始化AD9957，使其处于待机状态，之后等待串口下达的信号产生、参数控制等控制指令。系统采用自定义通信协议，处理器接收到通信数据后，先按通信协议解析数据，若符合协议则解析指令，按照指令要求，执行自检、输出控制、工作参数设置等操作。整个系统中，QDUC器件、FPGA及其内部工作模块都可视为处理器外设，使用者通过串口指令控制各软硬件工作。
3 实现结果
使用本文设计的系统，生成一种先调相后调幅的信号，测试结果如图2所示，设置输出信号中频频率70MHz，主瓣幅值为旁瓣幅值30倍，测试结果主瓣峰值M1、旁瓣峰值D3点处幅度比为29.47dB，同理论值29.54dB误差0.07dB。图2左部为调相信号，中间为信号关断区间，为模拟输出底噪。可见，本方案具有优异的幅度一致性和噪声性能。
图3为使用本系统生成一种QPSK信号的频谱和星座图，该信号EVM仅2.51%，相位误差小于1°，正交误差1.04°。此QPSK信号具有较好的信号特性。
4 结束语
本文设计了一种基于FPGA和QDUC器件的信号发生器，给出了正交调制模式下产生调幅、调频、调相等信号的基带信号计算公式，利用该系统产生一种特殊的调幅调相信号和标准的QPSK信号，使用频谱仪、矢量信号分析仪测试并给出了测试结果。试验结果表明，该信号产生方案稳定性高、一致性高、性能优异、调试性好，具有较高的实用价值。
参考文献：
[1]Analog Device Inc. AD9957 data sheet.2006.http//www.analog.com/cn
[2]Xilinx，Inc. Embedded System Tools Reference Manual. http：//www.xilinx.com/
[3]樓才义.徐建良等.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2014
[4]陈大海.张建. 一种软件无线电遥测信号产生系统[J]. 信息与电子工程，2007，5（1）：66-69
[5]刘国栋.基于AD9957的数字正交调制器设计[J].无线电工程，2009，12期（12）：59-60
作者简介：
饶勇，男（1985-09），工学学士，工程师，主要从事通信及卫星导航基带工作.
史亚敬，女（1984-05），工学学士，工程师，主要从事专用仪表设计及计量工作.
关键词：正交调制；AD9957；FPGA；SOC
引言
在通信、导航、测量等无线应用领域，传统的信号发生器要经过数模转换、模拟滤波、混频、信号放大等多次处理，涉及离散器件多，结构复杂，产品受环境影响一致性差，不利于生产调试。数字波形生成以其结构严谨、可编程、高度一致的特点，逐渐取代了模拟器件，获得了广泛的应用。
本文设计的信号发生器，在FPGA中例化软核处理器（Microblaze）实现通信、控制、参数配置等功能，使用FPGA的数字逻辑实现异步串口、SPI物理驱动、基带信号产生等功能，使用QDUC器件AD9957实现数字滤波、数字上变频、频率产生、数模转换，最终产生期望的模拟信号。
1 信号模型
2 系统结构
本文所述信号发生器的软硬件架构如图1：
该信号发生器是模拟、数字混合的正交调制系统，其中复基带信号在FPGA中产生。通信、控制、工作参数设定等在片上处理器中实现。本地载波、、混频滤波及数模转换由QDUC器件实现。
软件工作流程为：系统上电，处理器先初始化通信接口，然后控制SPI及离散控制接口，初始化AD9957，使其处于待机状态，之后等待串口下达的信号产生、参数控制等控制指令。系统采用自定义通信协议，处理器接收到通信数据后，先按通信协议解析数据，若符合协议则解析指令，按照指令要求，执行自检、输出控制、工作参数设置等操作。整个系统中，QDUC器件、FPGA及其内部工作模块都可视为处理器外设，使用者通过串口指令控制各软硬件工作。
3 实现结果
使用本文设计的系统，生成一种先调相后调幅的信号，测试结果如图2所示，设置输出信号中频频率70MHz，主瓣幅值为旁瓣幅值30倍，测试结果主瓣峰值M1、旁瓣峰值D3点处幅度比为29.47dB，同理论值29.54dB误差0.07dB。图2左部为调相信号，中间为信号关断区间，为模拟输出底噪。可见，本方案具有优异的幅度一致性和噪声性能。
图3为使用本系统生成一种QPSK信号的频谱和星座图，该信号EVM仅2.51%，相位误差小于1°，正交误差1.04°。此QPSK信号具有较好的信号特性。
4 结束语
本文设计了一种基于FPGA和QDUC器件的信号发生器，给出了正交调制模式下产生调幅、调频、调相等信号的基带信号计算公式，利用该系统产生一种特殊的调幅调相信号和标准的QPSK信号，使用频谱仪、矢量信号分析仪测试并给出了测试结果。试验结果表明，该信号产生方案稳定性高、一致性高、性能优异、调试性好，具有较高的实用价值。
参考文献：
[1]Analog Device Inc. AD9957 data sheet.2006.http//www.analog.com/cn
[2]Xilinx，Inc. Embedded System Tools Reference Manual. http：//www.xilinx.com/
[3]樓才义.徐建良等.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2014
[4]陈大海.张建. 一种软件无线电遥测信号产生系统[J]. 信息与电子工程，2007，5（1）：66-69
[5]刘国栋.基于AD9957的数字正交调制器设计[J].无线电工程，2009，12期（12）：59-60
作者简介：
饶勇，男（1985-09），工学学士，工程师，主要从事通信及卫星导航基带工作.
史亚敬，女（1984-05），工学学士，工程师，主要从事专用仪表设计及计量工作.