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通过Matlab软件实现对DSP/FPGA线性调频信号仿真

电子设计 2018-08-30 10:09 次阅读

  直接数字频率合成(DDS)是近年来得到迅速发展的一种新的频率合成方法,具有频率切换速度快,很容易提高频率分辨率、对硬件要求低等优点。可编程全数字化便于单片集成、有利于降低成本。提高可靠性并便于生产等有点。DDS技术从相位的概念出发进行频率合成,存储了数字采样波形表,可以产生点频、线性调频、ASK、FSK等各种形式的信号。线性调频信号可以获得较大的压缩比,有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率,作为一种常用的脉冲压缩信号,已经广泛应用于高分辨率雷达领域。

  Matlab是美国MathWorks公司自20世纪80年代中期推出的数学软件,优秀的数值计算与卓越的数据可视化能力使其很快在同类软件中脱颖而出。Matlab已经发展成为多学科、多种工作平台的功能强大的大型软件。本文用Matlab软件建立DDS系统中线性调频信号的仿真模型,对于理解线性调频信号和在FPGA中来实现线性调频信号有借鉴意义。

  DDS线性调频信号发生器框图设计

通过Matlab软件实现对DSP/FPGA线性调频信号仿真

  图 1 DDS技术的基本原理

  1 DDS技术的基本原理

  基本模型如图1所示,主要由时钟频率源fclk、相位累加器、波形存储器(ROM)、数/模转换器(D/A)、以及低通滤波器(LPF)组成。输出信号波形的频率表达式为:

  

通过Matlab软件实现对DSP/FPGA线性调频信号仿真


  (1)式中,fclk为参考时钟频率,ΔΦ为相位增量,N为相位累加器的位数。只要N足够大,DDS可以得到很小的频率间隔。要改变DDS的输出信号的频率,只要改变ΔΦ即可。当参考时钟频率给定后,输出信号的频率取决于频率的控制字,频率分辨率取决于累加器的位数,相位分辨率取决于ROM的地址位数,幅度量化取决于ROM的数据字长和D/A转换器的位数。

  2 线性调频信号的实现框图

通过Matlab软件实现对DSP/FPGA线性调频信号仿真

  图2 软件编程实现线性调频信号的原理图

  脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频信号,接收时采用匹配滤波器(Matched Filter)压缩脉冲。它的数学表达式如下:

  

通过Matlab软件实现对DSP/FPGA线性调频信号仿真


  式中fe为载波频率,K=B/T是调频斜率,于是,信号的瞬时频率为。

  其对应的量化公式如下(此式是以图2实现的原理公式):

  通过Matlab软件实现对DSP/FPGA线性调频信号仿真(3)

  式中N为相位累加器的位数,Kc为频率控制字,K为上式中的调频斜率。

  图1所示的DDS原理框图是用于实现固定频率的正弦波信号,按照公式(3)的思路实时改变ΔΦ,即可产生线性调频信号。

通过Matlab软件实现对DSP/FPGA线性调频信号仿真

  经过频率累加器输出的是严格线性增长的瞬时频率。在实际过程中,相位累加器的输出是经过相位截断再进行寻址,从而引入了一定的相位误差,虽然这一误差会影响到线性调频信号的线性度,但是调频斜率为相位的二次导数,相位截断误差本身已很小,所以对调频线性度的影响就更小了。在本文的Matlab实现中暂时不考虑截断问题,忽略不计。

通过Matlab软件实现对DSP/FPGA线性调频信号仿真

  3 Matlab软件建模实现线性调频信号

  本程序遵照上述软件编程实现线性调频信号的原理图编写,采用.m文件的方式编写,下面是实现的源程序:

  %调频信号的累加器实现

  clear all;clc   %清除所有变量,清屏

  M=2^11; %采样的点数

  a(1:1:M)=0; %频率累加器的数值

  b(1:1:M)=0; %相位累加器的数值

  y(1:1:M)=0; %输出的波形数据

  K=400; %调频斜率

  Kc=10;  %初始频率控制字

  N=10;  %幅度量化位数

  L=24;  %相位累加器位数

  %下面一段实现频率累加器

  a(1)=0.5*K; %初始频率步进量

  for i=2:1:M

  a(i)=a(i-1)+K;

  end

  %下面一段实现相位累加器

  b(1)=Kc+a(1); %相位初始值

  for i=2:1:M

  b(i)=b(i-1)+(Kc+a(i));

  end

  %下面一段实现了查找表ROM以及进行幅度量化

  for i=1:1:M

  y(i)=floor(2^N*cos(2*pi/(2^L)*b(i)));

  end

  %下面一段画出相应的图形

  figure(1);plot(y);axis([0 M,-2^N-100 2^N+100]);

  figure(2);freqz(y)

  上面这段程序中,有很多的变量,包括调频斜率K、频率控制字Kc、幅度量化位数N以及相位累加器位数L等等,修改不同变量值可以得到各,不同的线性调频信号。具体的实现要根据实际的需要来设置。

通过Matlab软件实现对DSP/FPGA线性调频信号仿真

  4 实验结果

  根据上面的程序,取调频斜率为400,频率控制字为10,幅度量化为10位(和所使用的D/A配合),相位累加器为24位,用Matlab仿真得到的线性调频信号的波形和相应的幅频响应如图3和图4所示。

  结束语图3 K=400,Kc=10,N=10,L=24的情况下的线性调频信号

  图4 针对图3的幅频特性曲线

  本文所讲的线性调频信号的产生原理和方法有很好的可扩展性,修改频率累加器的内容即可以实现其他的各种调频信号。作为线性调频信号,由于广泛应用于高分辨率的雷达系统中,因此正确理解线性调频信号的产生原理和掌握其产生的方法是很有现实意义的。在实际应用中主要采用专用DDS芯片或者FPGA来实现线性调频信号(各有优缺点),而本文则基于Matlab软件的良好编程性来验证这一方案,仿真结果较好的证明本方案的可行性,完成了预期的方案设计和论证。


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TLV1578 8 通道 10 位 1.25MSPS ADC,具有 8 通道输出、DSP/SPI、硬件可配置、低功耗

TLV1571 1 通道 10 位 1.25MSPS ADC,具有 8 通道输出、DSP/SPI、硬件可配置、低功耗

信息描述The TLV1571/1578 is a 10-bit data acquisition system that combines an 8-channel input multiplexer (MUX), a high-speed 10-bit ADC, and a parallel interface. The device contains two on-chip control registers allowing control of channel selection, software conversion start, and power down via the bidirectional parallel port. The control registers can be set to a default mode by applying a dummy RD\ signal when WR\ is tied low. This allows the TLV1571/1578 to be configured by hardware. The MUX is independently accessible. This allows the user to insert a signal conditioning circuit such as an antialiasing filter or an amplifier, if required, between the MUX and the ADC. Therefore, one signal conditioning circuit can be used for all eight channels. The TLV1571 is a single channel analog input device with all the same functions as the TLV1578. The TLV1571/TLV1578 operates from a single 2.7-V to 5.5-V power supply. It accepts an ana...
发表于 04-18 20:09 12次 阅读
TLV1571 1 通道 10 位 1.25MSPS ADC,具有 8 通道输出、DSP/SPI、硬件可配置、低功耗

TLV1548 10 位 85kSPS ADC 系列 输出,可编程供电/断电/转换速率,TMS320 DSP/SPI/QPSI Compat.,8 通道

信息描述The TLV1544 and TLV1548 are CMOS 10-bit switched-capacitor successive-approximation (SAR) analog-to-digital (A/D) converters. Each device has a chip select (CS\), input-output clock (I/O CLK), data input (DATA IN) and serial data output (DATA OUT) that provide a direct 4-wire synchronous serial peripheral interface (SPITM, QSPITM) port of a host microprocessor. When interfacing with a TMS320 DSP, an additional frame sync signal (FS) indicates the start of a serial data frame. The devices allow high-speed data transfers from the host. The (INV CLK)\ input provides further timing flexibility for the serial interface. In addition to a high-speed converter and versatile control capability, the device has an on-chip 11-channel multiplexer that can select any one of eight analog inputs or any one of three internal self-test voltages. The sample-and-hold function is automatic except for the extended sampling cycle,...
发表于 04-18 20:09 14次 阅读
TLV1548 10 位 85kSPS ADC 系列 输出,可编程供电/断电/转换速率,TMS320 DSP/SPI/QPSI Compat.,8 通道

TLV1544 10 位 85kSPS ADC 串行 输出,可编程供电/断电/转换速率,TMS320 DSP/SPI/QPSI 兼容,4 通道

信息描述The TLV1544 and TLV1548 are CMOS 10-bit switched-capacitor successive-approximation (SAR) analog-to-digital (A/D) converters. Each device has a chip select (CS\), input-output clock (I/O CLK), data input (DATA IN) and serial data output (DATA OUT) that provide a direct 4-wire synchronous serial peripheral interface (SPITM, QSPITM) port of a host microprocessor. When interfacing with a TMS320 DSP, an additional frame sync signal (FS) indicates the start of a serial data frame. The devices allow high-speed data transfers from the host. The (INV CLK)\ input provides further timing flexibility for the serial interface. In addition to a high-speed converter and versatile control capability, the device has an on-chip 11-channel multiplexer that can select any one of eight analog inputs or any one of three internal self-test voltages. The sample-and-hold function is automatic except for the extended sampling cycle,...
发表于 04-18 20:09 12次 阅读
TLV1544 10 位 85kSPS ADC 串行 输出,可编程供电/断电/转换速率,TMS320 DSP/SPI/QPSI 兼容,4 通道

TLV1570 10 位 1.25MSPS ADC 8 通道 DSP/(Q)SPI IF 可编程内部 基准、自动或 S/W 断电、极低功耗

信息描述The TLV1570 is a 10-bit data acquisition system that combines an 8-channel input multiplexer (MUX), a high-speed 10-bit ADC, an on-chip reference, and a high-speed serial interface. The device contains an on-chip control register allowing control of channel selection, conversion start, reference voltage levels, and power down via the serial port. The MUX is independently accessible, which allows the user to insert a signal conditioning circuit such as an antialiasing filter or an amplifier, if required, between the MUX and the ADC. Therefore one signal conditioning circuit can be used for all eight channels.The TLV1570 operates from a single 2.7-V to 5.5-V power supply. The device accepts an analog input range from 0 V to AVDD and digitizes the input at a maximum 1.25 MSPS throughput rate. Power dissipation is only 8 mW with a 2.7-V supply or 40 mW with a 5.5-V supply. The device features an autopower-down mode that automatically ...
发表于 04-18 20:09 24次 阅读
TLV1570 10 位 1.25MSPS ADC 8 通道 DSP/(Q)SPI IF 可编程内部 基准、自动或 S/W 断电、极低功耗

TLC1550 10 位,164kSPS ADC,并行输出、直接 I/F 到 DSP/uProcessor、10 通道

信息描述The TLC1550x and TLC1551 are data acquisition analog-to-digital converters (ADCs) using a 10-bit, switched-capacitor, successive-approximation network. A high-speed, 3-state parallel port directly interfaces to a digital signal processor (DSP) or microprocessor (µP) system data bus. D0 through D9 are the digital output terminals with D0 being the least significant bit (LSB). Separate power terminals for the analog and digital portions minimize noise pickup in the supply leads. Additionally, the digital power is divided into two parts to separate the lower current logic from the higher current bus drivers. An external clock can be applied to CLKIN to override the internal system clock if desired. The TLC1550I and TLC1551I are characterized for operation from –40°C to 85°C. The TLC1550M is characterized over the full military range of –55°C to 125°C.特性Power Dissipation...40 mW Max Advanced LinEPIC™ Single-Po...
发表于 04-18 20:07 52次 阅读
TLC1550 10 位,164kSPS ADC,并行输出、直接 I/F 到 DSP/uProcessor、10 通道

TLC1518 10 位 400kSPS ADC,具有串行输出、SPI/DSP 兼容接口、关断状态、8 通道

信息描述The TLC1518 and TLC1514 are a family of high-performance, 10-bit, low power, 1.4 us, CMOS SAR analog-to-digital converters (ADC) which operate from a single 5 V power supply. These devices have three digital inputs and a 3-state output [chip select (CS\), serial input-output clock (SCLK), serial data input (SDI), and serial data output (SDO)] that provide a direct 4-wire interface to the serial port of most popular host microprocessors (SPI interface). When interfaced with a DSP, a frame sync (FS) signal is used to indicate the start of a serial data frame. In addition to a high-speed A/D converter and versatile control capability, these devices have an on-chip analog multiplexer that can select any analog inputs or one of three internal self-test voltages. The sample-and-hold function is automatically started after the fourth SCLK edge (normal sampling) or can be controlled by a special pin, CSTART\, to extend the sampl...
发表于 04-18 20:07 54次 阅读
TLC1518 10 位 400kSPS ADC,具有串行输出、SPI/DSP 兼容接口、关断状态、8 通道

TLC1514 10 位 400kSPS ADC,具有串行输出、SPI/DSP 兼容接口、关断状态、4 通道

信息描述The TLC1518 and TLC1514 are a family of high-performance, 10-bit, low power, 1.4 us, CMOS SAR analog-to-digital converters (ADC) which operate from a single 5 V power supply. These devices have three digital inputs and a 3-state output [chip select (CS\), serial input-output clock (SCLK), serial data input (SDI), and serial data output (SDO)] that provide a direct 4-wire interface to the serial port of most popular host microprocessors (SPI interface). When interfaced with a DSP, a frame sync (FS) signal is used to indicate the start of a serial data frame. In addition to a high-speed A/D converter and versatile control capability, these devices have an on-chip analog multiplexer that can select any analog inputs or one of three internal self-test voltages. The sample-and-hold function is automatically started after the fourth SCLK edge (normal sampling) or can be controlled by a special pin, CSTART\, to extend the sampl...
发表于 04-18 20:07 53次 阅读
TLC1514 10 位 400kSPS ADC,具有串行输出、SPI/DSP 兼容接口、关断状态、4 通道

TLC1551 10 位,164kSPS ADC 并行输出,直接 I/F 至 DSP/微处理器,10 通道

信息描述The TLC1550x and TLC1551 are data acquisition analog-to-digital converters (ADCs) using a 10-bit, switched-capacitor, successive-approximation network. A high-speed, 3-state parallel port directly interfaces to a digital signal processor (DSP) or microprocessor (µP) system data bus. D0 through D9 are the digital output terminals with D0 being the least significant bit (LSB). Separate power terminals for the analog and digital portions minimize noise pickup in the supply leads. Additionally, the digital power is divided into two parts to separate the lower current logic from the higher current bus drivers. An external clock can be applied to CLKIN to override the internal system clock if desired. The TLC1550I and TLC1551I are characterized for operation from –40°C to 85°C. The TLC1550M is characterized over the full military range of –55°C to 125°C.特性Power Dissipation...40 mW Max Advanced LinEPIC™ Single-Po...
发表于 04-18 20:07 59次 阅读
TLC1551 10 位,164kSPS ADC 并行输出,直接 I/F 至 DSP/微处理器,10 通道

THS12082 12 位、8MSPS ADC,具有双通道、DSP/uP 接口、16X FIFO、通道自动扫描、低功耗

信息描述The THS12082 is a CMOS, low-power, 12-bit, 8 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers allow for programming the ADC into the desired mode. The THS12082 consists of two analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. An integrated 16 word deep FIFO allows the storage of data in order to take the load off of the processor connected to the ADC. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided.An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the appl...
发表于 04-18 20:06 81次 阅读
THS12082 12 位、8MSPS ADC,具有双通道、DSP/uP 接口、16X FIFO、通道自动扫描、低功耗

THS1209 12 位、8 MSPS ADC 双通道、DSP/uP 接口、通道自动扫描、低功耗

信息描述The THS1209 is a CMOS, low-power, 12-bit, 8 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers allow for programming the ADC into the desired mode. The THS1209 consists of two analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the application. The THS1209C is characterized for operation from 0°C to 70°C, and the THS1209I is characterized for operation from ...
发表于 04-18 20:06 101次 阅读
THS1209 12 位、8 MSPS ADC 双通道、DSP/uP 接口、通道自动扫描、低功耗

THS1207 12 位,6MSPS 同步采样四通道 ADC;包括并行 DSP/uP I/F 通道自动扫描

信息描述The THS1207 is a CMOS, low-power, 12-bit, 6 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers are used to program the ADC into the desired mode. The THS1207 consists of four analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential-inputs. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the application. The THS1207C is characterized for operation from 0°C to 70°C, the THS1207Iis characterized for operation from –40°...
发表于 04-18 20:05 115次 阅读
THS1207 12 位,6MSPS 同步采样四通道 ADC;包括并行 DSP/uP I/F 通道自动扫描

BELASIGNA R281 始终聆听,语音触发音频DSP系统

信息 BelaSigna®R281是一款超低功耗语音触发解决方案,适用于各种消费电子设备。在典型的应用中,BelaSigna R281“始终在聆听”。并且将检测单个用户训练的触发短语,当检测到该触发短语时断言唤醒信号。 “始终开启”。平均功耗小于300 uW的关键短语检测(不包括麦克风的功耗)可保持待机电池寿命。 BelaSigna R281是一款超小型解决方案,可同时提供采用5 mm x 5mm QFN32封装和2.42 mm x 2.74 mm WLCSP封装。它可以设计在单层PCB上,具有4 mil布线和最少量的外部元件。 需要一个外部的I C主控制器来配置器件进行操作。 超低功耗 卓越绩效 混合信号 Easy Design-In 优势特点 主要功能 久经考验的超低功耗数字信号处理(DSP)技术 •最初为助听器开发的音频DSP技术在以下方面具备所需的计算能力极低电流消耗 •...
发表于 04-18 19:42 73次 阅读
BELASIGNA R281 始终聆听,语音触发音频DSP系统

THS10082 具有双通道、并行 DSP/uP 接口、16X FIFO、通道自动扫描、低功耗的 10 位 8MSPS ADC

信息描述The THS10082 is a CMOS, low-power, 10-bit, 8 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers allow for programming the ADC into the desired mode. The THS10082 consists of two analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. An integrated 16 word deep FIFO allows the storage of data in order to take the load off of the processor connected to the ADC. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the app...
发表于 04-18 19:06 62次 阅读
THS10082 具有双通道、并行 DSP/uP 接口、16X FIFO、通道自动扫描、低功耗的 10 位 8MSPS ADC

THS1206 12 位 6MSPS ADC,具有四通道 (配置),DSP/uP IF,集成 16x FIFO、信道自动扫描功能和低功耗模式

信息描述The THS1206 is a CMOS, low-power, 12-bit, 6 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers are used to program the ADC into the desired mode. The THS1206 consists of four analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. An integrated 16 word deep FIFO allows the storage of data in order to take the load off of the processor connected to the ADC. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the applic...
发表于 04-18 19:06 58次 阅读
THS1206 12 位 6MSPS ADC,具有四通道 (配置),DSP/uP IF,集成 16x FIFO、信道自动扫描功能和低功耗模式

THS1007 10 位 6MSPS 同步采样四路通道 ADC;包含并行 DSP/uP I/F 通道 自动扫描

信息描述 The THS1007 is a CMOS, low-power, 10-bit, 6 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers are used to program the ADC into the desired mode. The THS1007 consists of four analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the application. The THS1007C is characterized for operation from 0°C to 70°C, and the THS1007I is characterized for operation from ...
发表于 04-18 19:06 62次 阅读
THS1007 10 位 6MSPS 同步采样四路通道 ADC;包含并行 DSP/uP I/F 通道 自动扫描

THS10064 10 位 6MSPS ADC,具有四通道 (可配置)、DSP/uP IF、集成 16x FIFO、通道 自动扫描和低功耗

信息描述The THS10064 is a CMOS, low-power, 10-bit, 6 MSPS analog-to-digital converter (ADC). The speed, resolution, bandwidth, and single-supply operation are suited for applications in radar, imaging, high-speed acquisition, and communications. A multistage pipelined architecture with output error correction logic provides for no missing codes over the full operating temperature range. Internal control registers are used to program the ADC into the desired mode. The THS10064 consists of four analog inputs, which are sampled simultaneously. These inputs can be selected individually and configured to single-ended or differential inputs. An integrated 16 word deep FIFO allows the storage of data in order to improve data transfers to the processor. Internal reference voltages for the ADC (1.5 V and 3.5 V) are provided. An external reference can also be chosen to suit the dc accuracy and temperature drift requirements of the application. Two diffe...
发表于 04-18 19:06 58次 阅读
THS10064 10 位 6MSPS ADC,具有四通道 (可配置)、DSP/uP IF、集成 16x FIFO、通道 自动扫描和低功耗