通用信號產(chǎn)生器的設(shè)計與實現(xiàn)

趙少松，許 磊

（中國電子科技集團(tuán)公司 第五十四研究所，河北 石家莊 050081）

引言

通用信號產(chǎn)生器是一種高精度的標(biāo)準(zhǔn)信號源，可以產(chǎn)生各種信號，檢驗接收機(jī)的性能，產(chǎn)生的信號包括單音信號，多音信號，以及各種調(diào)制信號，國外早已開始進(jìn)行這方面的研究，并取得了成功，國內(nèi)研究起步較晚，但是研制通用信號產(chǎn)生器仍然具有重大意義。本文介紹一種筆者研制的通用信號產(chǎn)生器的設(shè)計方案與硬件實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)組成和工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

通用信號產(chǎn)生單元設(shè)備為一個標(biāo)準(zhǔn)3UPXI板卡，主要由FPGA、DSP、高速DA、時頻電路、電源處理電路構(gòu)成，板卡上可以背一個正交調(diào)制單元，輸出L頻段的射頻信號，其組成如圖1所示。

圖1 通用信號產(chǎn)生單元組成示意圖

1.2 工作原理

板卡工作時，參考時鐘由前面板提供，時鐘經(jīng)過比較器轉(zhuǎn)換為方波后送給時鐘產(chǎn)生芯片AD9522，AD9522提供時鐘送給FPGA、高速DA。所有類型的信號由FPGA產(chǎn)生，F(xiàn)PGA的I、Q數(shù)字信號通過LVDS方式送給高速DA芯片AD9148進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，AD9148具備正交調(diào)制功能，輸出為I、Q正交差分信號，正交差分信號可以送入正交調(diào)制單元調(diào)制到射頻輸出。DSP對信號產(chǎn)生的流程進(jìn)行控制，對上位機(jī)下發(fā)的監(jiān)控指令進(jìn)行處理、對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行上報。

（1）單音及多音信號產(chǎn)生

單音信號為J（t）＝Aej2πfct，其中fc是信號的頻率，A是幅值。實現(xiàn)框圖如圖3所示。

圖2 通用信號產(chǎn)生單元工作原理框圖

圖3 單音實現(xiàn)框圖

FCW為轉(zhuǎn)換的頻率控制字，fs為采樣頻率，通過NCO輸出的相位去查表獲得正弦和余弦的值。NCO為一階的累加器；正余弦表采用對稱存儲的方法，將原來4象限存儲壓縮為1象限存儲，減小了存儲空間。

選擇fs＝101M，fc＝100M，A＝1，用matlab進(jìn)行仿真。圖4分別給出實部、虛部和頻域圖。

圖4 單音信號產(chǎn)生

多音信號為數(shù)個參數(shù)可設(shè)置的單音信號的和，當(dāng)前選擇4個單音信號。采樣率仍然為101M，參數(shù)如表1所示。

多音信號的頻域示意圖如圖5所示。

表1 多音信號參數(shù)

圖5 多音信號產(chǎn)生

圖6 調(diào)制信號產(chǎn)生框圖

由圖6可知，調(diào)制信號產(chǎn)生可分為調(diào)制碼產(chǎn)生和調(diào)制方式實現(xiàn)兩個部分。其中調(diào)制碼產(chǎn)生分為NCO和碼產(chǎn)生器兩個主要模塊。NCO可沿用與前文一致的NCO方式，碼產(chǎn)生器采用最大長度序列產(chǎn)生器，一般原理框圖如圖7所示。

對于調(diào)制方式實現(xiàn)，BPSK、QPSK產(chǎn)生原理類似，將調(diào)制碼映射為載波相位。

圖8為matlab的仿真，采樣率為100M，m碼產(chǎn)生表達(dá)式為：ρ（2）＝z10＋z7＋1。

圖7 m序列產(chǎn)生框圖

圖8 調(diào)制信號產(chǎn)生仿真

2 結(jié)束語

目前國內(nèi)外的信號生成類板卡大多采用“PCI總線＋FPGA＋DSP＋高速DAC＋模擬正交調(diào)制”的架構(gòu)，通用信號產(chǎn)生單元正是基于這種架構(gòu)。整個板卡的性能與國內(nèi)外同類中高等級產(chǎn)品相當(dāng)。該板卡的定位為導(dǎo)航信號的模擬生成，所以將導(dǎo)航中的一些應(yīng)用需求考慮到硬件的設(shè)計當(dāng)中，這與國內(nèi)外的高速信號生成板卡的應(yīng)用范圍有所不同。通用信號產(chǎn)生單元的靈活性和擴(kuò)展性較高，接口通用性好，總的來說與國內(nèi)外高端信號生成類產(chǎn)品處于同一等級。

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