基于FPGA的宽带多通道信号发生器研制

作     者：刘少华 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏涛

授予年度：2018年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：数字上变频 PCI Express3.0 并行数控振荡器 任意波形发生器 

摘      要：随着现代技术的发展,雷达的功能不断强大,在国防和民用生活领域扮演着至关重要的角色。现代雷达功能的复杂化需要信号的频率、带宽、调制类型以及捷变速度等性能上的大幅提升,信号的波形种类趋于任意化。高性能任意信号发生器不仅可以产生低噪声、低抖动和预加重的宽带多通道射频信号,而且能够复现真实的、无失真的实际信号,在现代雷达系统研制与测试流程中极其重要。本文针对宽带多通道信号发生器的系统架构进行分析研究,确定采用上位机结合FPGA以及高速DAC的设计架构。由于上位机开发具有高度的灵活性,通过数学建模工具能够产生任意波形的基带信号;然后利用FPGA实现基带信号的高速数字上变频处理;最后由高速DAC进行可选择的第二级数字上变频处理并完成数模转换,实现目标模拟信号的输出。文章首先介绍宽带多通道信号发生器的原理,包括直接数字信号合成技术以及数字上变频原理,根据现代化雷达对信号的需求,设计系统的实现方案。其次阐述基于FPGA的宽带多通道信号发生器的实现过程,详细叙述基于DDR3的乒乓存储结构设计,实现缓存上位机发送来的基带信号。重点说明第一级高速数字上变频的实现结构,包括抗混叠滤波器以及并行数控振荡器等结构的设计,实现基带信号的采样率提高到GHz的同时将信号频谱搬移至中频。然后介绍FPGA与高速DAC间基于JESD204B协议的高速通信以及高速DAC整体设计流程,最终实现产生目标模拟信号。最后文章突出介绍第三代高性能PCI Express 3.0串行总线技术,包括PCI-e的相关规范、FPGA内PCI-e硬核设计以及用于高速通信的DMA控制器设计,实现上位机与FPGA之间的高速数据传输。