基于FPGA的跳频通信频率合成器实现

第一章课题研究概述1.1课题研究的目的和意义在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。

测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。

目前常用的测频方案有三种：方案一：完全按定义式Ｆ＝ＮＴ进行测量。

被测信号Ｆx经放大整形形成时标ГX，晶振经分频形成时基TR。

用时基TR开闸门，累计时标ГX 的个数，则有公式可得Ｆx=1ГX=NTR。

此方案为传统的测频方案，其测量精度将随被测信号频率的下降而降低。

方案二：对被信号的周期进行测量，再利用Ｆ＝１Ｔ（频率＝１周期）可得频率。

测周期时，晶振ＦR经分频形成时标ГX，被测信号经放在整形形成时基TＸ控制闸门。

闸门输出的计数脉冲Ｎ＝ГXTR，则TX=NГX。

但当被测信号的周期较短时，会使精度大大下降。

方案三：等精度测频，按定义式Ｆ＝ＮＴ进行测量，但闸门时间随被测信号的频率变化而变化。

如图１所示，被测信号Ｆx经放大整形形成时标ГX，将时标ГX经编程处理后形成时基TR。

用时基TR开闸门，累计时标ГX的个数，则有公式可得Ｆx=1ГX=NTR。

此方案闸门时间随被测信号的频率变化而变化，其测量精度将不会随着被测信号频率的下降而降。

本次实验设计中采用的是第三种测频方案。

等精度频率计是数字电路中的一个典型应用，其总体设计方案有两种：方案一：采用数字逻辑电路制作，用IC拼凑焊接实现。

其特点是直接用现成的IC组合而成，简单方便，但由于使用的器件较多，连线复杂，体积大，功耗大，焊点和线路较多将使成品稳定度与精确度大打折扣，而且会产生比较大的延时，造成测量误差、可靠性差。

方案二：采用可编程逻辑器件（CPLD）制作。

随着现场可编程门阵列FPGA的广泛应用，以EDA工具作为开发手段，运用VHDL等硬件描述语言语言，将使整个系统大大简化，提高了系统的整体性能和可靠性。

fpga 频率变换实现方法
FPGA（现场可编程门阵列）是一种可以进行并行处理的集成电路，其频率
变换可以通过以下几种方法实现：
1. 时钟分频器：FPGA内部通常包含一些内置的时钟分频器，可以将输入的时钟信号进行分频，从而得到不同频率的输出信号。

在FPGA开发工具中，可以通过配置时钟分频器的参数来改变分频比，从而实现频率变换。

2. 时钟生成器：FPGA内部还可以生成一些高精度的时钟信号，这些时钟信号可以通过配置时钟生成器的参数来改变其频率。

在FPGA开发工具中，可以使用内建的时钟生成器来生成所需的时钟信号。

3. 数字控制振荡器（Digital Controlled Oscillator，DCO）：DCO是一种数字控制的振荡器，可以通过改变控制字来改变其振荡频率。

在FPGA开发工具中，可以通过配置DCO的参数来改变其振荡频率，从而实现频率变换。

4. 查找表（LUT）：FPGA内部还可以使用查找表来实现频率变换。

查找表可以根据输入的地址选择相应的输出值，从而实现不同的频率变换。

在FPGA开发工具中，可以通过配置查找表的参数来改变输出值，从而实现频率变换。

5. 硬件描述语言：在FPGA开发过程中，可以使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）来实现频率变换的逻辑电路。

通过编写相应的代码，可
以实现不同的频率变换功能。

在FPGA开发工具中，将代码进行编译和综合后生成相应的配置文件，然后将配置文件下载到FPGA中即可实现频率变换。

以上是FPGA实现频率变换的几种常见方法，具体实现方式可以根据实际需求和开发环境进行选择。

FPGA DDS IP 核实现DDS （Direct Digital Synthesizer ），即直接数字频率合成器，本文主要介绍如何调用Xilinx 的DDS IP 核生成某一频率的Sin 和Cos 信号，以及LFM 信号。

1.相关参数的介绍及求解（1）DDS 输出频率输出频率out f 是系统时钟频率clk f 、相位累加器中相位数据位宽)(n B θ和相位增量θ∆的函数。

)(2n B clk out f f θθ∆=因此，要得到输出频率out f ，要求相位增量θ∆为clk Bout f f n )(2θθ=∆如果要采用时分复用的多个通道，则降低每个通道的有效时钟效率。

对于C 个通道，要求相位增量为clk Bout f Cf n )(2θθ=∆（2）频率分辨率频率分辨率f ∆是系统时钟频率clk f 和相位累加器数据位宽)(n B θ的函数。

)(2n B clk f f θ=∆对于时分复用的多通道，频率分辨率随通道数的增加而提高，对于C 个通道：Cf f n B clk )(2θ=∆（3）相位增量相位增量值是无符号的，当相位增量值与相位位宽匹配时，也可以将其看作有符号数。

假设相位增量和相位数据位宽均为N ，如果看成无符号数，范围由0到N 2表示的是(] 3600，的角度范围；如果看成有符号数，则范围变成)1(2--N 到)1(2-N ，相位表示的是[) 180180，-的角度范围。

根据正弦信号的周期性和对称性，两种表示范围内的信号采样是一致的。

相位增量定义了综合其的输出频率。

相位增量是系统时钟频率clk f 、输出频率out f 和相位数据位宽)(n B θ的函数。

clk B out f f n )(2θθ=∆2.线性调频信号线性调频信号的时间函数表达式可表示为2,2[)],2(exp[)(20T T t Kt t f j t s -∈+=ππ其瞬时频率为]2,2[,)(21)(0T T t Kt f t dt d t f -∈+==ϕπ其中，TB K =，B 为信号调频宽度，T 为信号脉宽。

频率合成器的设计频率合成器的设计1 前言频率合成器是现代无线通信设备中一个重要的组成部分，直接影响着无线通信设备的性能。

频率合成技术历经了早期的直接合成技术（DS）和锁相合成技术（PLL），发展到如今的直接数字合成技术（D DS）。

直接数字合成技术具有分辨率高，转换速度快，相位噪声低等优点，在无线通信中发挥着越来越重要的作用。

随着大规模集成电路的发展，利用锁相环频率合成技术研制出了很多频率合成集成电路。

频率合成器是电子系统的心脏，是决定电子系统性能的关键设备，随着通信、数字电视、卫星定位、航空航天、雷达和电子对抗等技术的发展，对频率合成器提出了越来越高的要求。

频率合成技术是将一个或多个高稳定、高精确度的标准频率经过一定变换，产生同样高稳定度和精确度的大量离散频率的技术。

频率合成理论自20世纪30年代提出以来，已取得了迅速的发展，逐渐形成了目前的4种技术：直接频率合成技术、锁相频率合成技术、直接数字式频率合成技术和混合式频率合成技术。

本文是以如何设计一个锁相环频率合成器为重点，对频率合成器做了一下概述，主要介绍了锁相环这一部分，同时也对锁相环频率合成器的设计及调试等方面进行了阐述。

2总体方案设计实现频率合成的方法有多种，可用直接合成，锁相环式，而锁相环式的实现方法又有多种，例如可变晶振，也可变分频系数M，还可以用单片机来实现等等。

下面列出了几种用锁相法实现频率合成的方案。

2.1方案一SHAPE \* MERGEFORMAT图2.1 方案一原理框图如图2.1所示，在VCO的输出端和鉴相器的输入端之间的反馈回路中加入了一个÷N的可变分频器。

高稳定度的参考振荡器信号f R经R 次分频后，得到频率为f r的参考脉冲信号。

同时，压控振荡器的输出经N次分频后，得到频率为f d的脉冲信号，两个脉冲信号在鉴频鉴相器进行频率或相位比较。

当环路处于锁定状态时，输出信号频率：fo= N*f d。

只要改变分频比N，即可实现输出不同频率的fo，从而实现由fr合成fo的目的。