基于FPGA的DDS IP实现线性调频信号的设计方案

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：

DDS IP配置界面1

DDS IP配置界面2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］;

仿真波形

线性调频信号FPGA仿真波形

文章出处：【微信公众号：FPGA之家】

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