原标题：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】