利用DDS IP实现线性调频信号
1 DDS技术简介随着电子技术的不断发展,传统的频率合成技术逐渐不能满足人们对于频率转换速度、频率分辨率等方面的追求,直接数字频率合成技术应运而生。
直接数字频率合成技术(DDS) 是把一系列数据量形式的信号通过D/A转换器转换成模拟量形式的信号合成技术。DDS具有很多优点,比如:频率转换快、频率分辨率高、相位连续、低功耗、低成本与控制方便。
DDS技术满足了人们对于速度稳定性的需求,但是在一些控制较为复杂的系统中,DDS专用芯片不能很好的贴合要求。利用现场可编程门阵列(FPGA)实现DDS具有很大的灵活性,基本能满足现在通信系统的使用要求。
2 DDS IP使用说明
基于FPGA的DDS设计方案
3 线性调频信号3.1 理论介绍
3.1.1 基本概念
线性调频(LFM)信号是瞬时频率随时间成线性变化的信号。线性调频信号也称为鸟声(Chirp)信号,因为其频谱带宽落于可听范围,听着像鸟声,所以又称Chirp扩展频谱(CSS)技术。
3.1.2 表达公式
本文重点研究Xlinx DDS IP实现线性调频信号,主要关心线性调频信号的相位变化情况,如若想要了解线性调频信号其他方面信息,请参考其他相关文章。
线性调频信号表达式:
线性调频信号数学公式
其中,t是时间,单位为秒(s);T是脉冲持续时间(周期);K是线性调频斜率,单位是Hz/s.
相位表达式:
φ(t)=πKt^2
相位变化率:
∆φ(t)=2πKt
3.1.3 应用范围
LFM技术在雷达、声纳技术中有广泛应用,例如,在雷达定位技术中,它可用来增大射频脉冲宽度、加大通信距离、提高平均发射功率,同时又保持足够的信号频谱宽度,不降低雷达的距离分辨率。
3.2 Matlab仿真
3.2.1 matlab代码
fs = 100e6; %采样率
T = 5e-6; %脉冲宽度
B = 10e6; %信号带宽
K = B/T;%调频斜率
N = round(T*fs);%采样点数
t = linspace(0,T,N);
y = exp(1j*pi*K*t.^2);%LFM信号
theta = pi*K*t.^2; %信号相位
dtheta = pi*K*t; %相位变化量figure;
plot(t,real(y));
title(‘LFM信号时域-实部’);
xlabel(‘t/s’);
ylabel(‘幅度’);
figure;
plot(t,imag(y));
title(‘LFM信号时域-虚部’);
xlabel(‘t/s’);
ylabel(‘幅度’);
figure;
plot(t,theta);
title(‘LFM信号相位’);
xlabel(‘t/s’);
ylabel(‘相位’);
figure;
plot(t,dtheta);
title(‘LFM相位变化率’);
xlabel(‘t/s’);
ylabel(‘相位变化率’);
3.2.2 仿真结果图像
3.3 FPGA实现
3.3.1 参数计算
For example:
参数与上述matlab参数一致,采样率fs:100MHz,脉冲宽度T:5us,信号带宽B:10MHz,采样点数N:500。Xlinx DDS IP设置如下,假定相位累加器设置为32位,输出信号宽度设置为12位,可以根据自己的需求进行设计:
需要注意的是相位增量不是一个定值,而是随时间呈线性变化的量。根据公式相位表达式φ(t)=πKt^2与相位变化率∆φ(t)=2πKt,端口S_AXIS_PHASE的CHAN_0_POFF 与CHAN_0_PINC设置如下: 当t = 0时φ(t) = πKt^2 = 0;∆φ(t) = 2πKt = 0相位变化率∆φ(t)每次增加的量为2πK∆t:2πK∆t = 2πBT/TNfs = 2πB/N由于DDS IP相位累加器位数Bθ(n)为32,且参数[0,2^32]对于相位弧度[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综上,CHAN_0_POFF设置为0,CHAN_0_PINC从0开始每次增加∆θ。
3.3.2 仿真结果
部分代码
//生成chirp信号
dds_compiler_0 suband_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)
);
wire signed [15:0] data_real = m_axis_data_tdata[15:0];
wire signed [15:0] data_imag = m_axis_data_tdata[31:16];
编辑:jq
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