扫频信号源设计 河科大开题报告

信号源是基础的通用仪器之一，在许多领域都有广泛的应用。进入二十一世纪以来，世界上各个国家的通信、电工技术都在飞速发展，竞争也日益激烈。信号源也是学校实验室必备的仪器之一，针对传统教学仪器缺乏或陈旧，实验室设备更新和硬件更新费时费力等原因，用软件和可编程器件来实现虚拟信号源以满足需要的方法是一个不可多得的方法。

扫频技术是电子测量中的一种重要技术，广泛用于调频放大器、宽频带放大器、各种滤波器、鉴相器以及其他有源或无源网络的频率特性的测量，尤其是进行幅频特性分析。扫频信号源是整个测量系统设计的关键环节之一，随着被测量的频率和精度要求的不断提高，由传统的晶体振荡器设计的扫频信号源已不能满足要求。因此，近年来出现一种直接数字频率合成技术(DDS)，它采用数字电路合成所需波形，具有精度高、产生信号信噪性能好、频率分辨率高、转换速度快等优点。本课题设计的扫频信号源是基于DDS技术，并在Altera公司的EP1C6240C8上实现逻辑综合、布局布线、时序仿真及功能验证。所有电路均集成在FPGA中实现了片内集成，减小了电路尺寸，增强了抗干扰性，使可靠性得到了进一步的提高。该扫频信号源克服了传统扫频信号源价格昂贵、体积庞大等缺点，具有设置扫频宽度和设置固定频两种频率输出方式。

本课题利用Quartus II软件开发平台通过编程、下载到FPGA在LCD屏幕上显现来实现信号源的设计。用户只需要通过FPGA开发板上的按键就可以设置各种参数来控制和操作仪器，例如：波形选择，频率调节，幅度调节，扫频宽度调节等，其设置数可以从FPGA开发板上的LCD上进行设置，并且功能选择也给予提示。用户操作起来简单、方便、灵活、直观。由于本设计是基于计算机软件和可编程器件，所以基本上是摆脱了功能更新升级和硬件约束的问题，把传统的硬件设备维护和更新转变成了程序的改进或软件的升级。

近10年间，随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器得到了飞速的发展，全数字技术以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。具体现在相对带宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。

 近 10多年来AD和Qualcomm等几家公司根据这些改进技术推出了一系列性能优良的DDS专用集成电路.其工作频率可达IGHZI频率分辨率可到MHz，排除DAC的，杂散指标已可达-70db以下。例如AD公司的AD9858芯片：系统组成可分为高性能DDS数字核心单元和高性能D/A转换模拟单元两个部分。工作频率达1GSPS，10位DAC，为数字可编程式的完整高频频率合成器。

通过收集资料，主要的方案设计有以下几种：

　　①直接模拟频率合成技术是用一个晶体参考频率源，然后经过分频、混频和倍频来得到各种频率信号，输出频率的稳定度和精度与参考频率相同。直接模拟频率合成技术简单易行、频率转换时间短、相位噪音低，但因采用了大量的分频、倍频和滤波等模拟元件，使合成器的体积大、易产生杂散分量、元件的非线性影响难以抑制。

　　②基于锁相环的频率合成技术：因为锁相环相当于窄带跟踪滤波器，所以PLL频率合成技术能够很好选择频率，而且频率的长期和短期稳定性都很好。但是PLL有惰性，频率分辨率和频率转换时间相互矛盾，频率转换时间较长，压控振荡器引起的噪音也较大。

　　③直接数字合成技术：采用数字化技术，通过控制相位的变化速度来直接产生各种频率的信号。在带宽、频率分辨率、频率转换时间等方面，都远远超过传统的频率合成技术。但是DDS技术把幅度和相位信息也都用数字量表示，故将会产生量化精度和量化噪音，从而造成输出信号的幅度失真和相位失真。

　　为了发挥DDS技术的长处、克服其缺点，通常是采用DDS技术与PLL技术结合的方案；这既可克服DDS技术的输出信号频率的杂散和频带受限，同时又可改善PLL技术的频率分辨率不高的问题，并且这种组合式频率合成器的制作成本较低，是目前高性能频率合成器的主要发展趋势。

以Altera公司的Quartus II软件为开发平台，以Altera公司的FPGA器件为硬件载体，选择超高速集成电路硬件描述语言（VHDL）编程，采用数字直接合成技术（DDS）来实现频率的合成，并通过数据采集和处理过程控制产生需要的波形以及其参数，达到可调波形、频率、扫频带宽和幅度的信号源设计的目的。

1）通过进一步熟悉Quartus II软件，学会使用其IP核自动生成需要的ROM程序。

2）采用DDS技术通过查表的方法来产生波形（方波、三角波、正弦波），通过选择器来选择波形，并用乘法器调节幅度实现所需的波形及参数。

3）与LCD进行相连接，在LCD上显示出设置的频率、幅度、扫频带宽等。

4）通过JTAG或EPCS下载方法把程序下载到FPGA开发板中，通过软硬结合的方法最终实现信号源的设计。

第4 － 5周：查阅资料，准备开题报告；

第6 － 7周：掌握基本原理，进行结构分析；

第8 －11周：编写程序，完成总体设计；

第12－14周：软件编码、单元测试、集成测试进度计划；

第15－16周：撰写论文，准备答辩。

指导教师签字：                              年   月   日

研究所所长（教研室主任）签字：                年   月   日