【摘 要】
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任意波形发生器（AWG）可以生成多种标准波形和用户自定义任意波形,其核心技术主要是直接数字频率合成（DDFS）和直接数字波形合成（DDWS）。DDWS中采样时钟频率往往以微小步进变化达到高频率分辨率要求,但也会造成输出镜像频率位置不固定,难以用截止频率固定的低通滤波器将其滤除;此外,DDFS和DDWS中DAC零阶保持特性以及模拟通道非线性也会对输出信号幅度平坦度造成影响。因此,本文以800MSPS
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任意波形发生器（AWG）可以生成多种标准波形和用户自定义任意波形,其核心技术主要是直接数字频率合成（DDFS）和直接数字波形合成（DDWS）。DDWS中采样时钟频率往往以微小步进变化达到高频率分辨率要求,但也会造成输出镜像频率位置不固定,难以用截止频率固定的低通滤波器将其滤除;此外,DDFS和DDWS中DAC零阶保持特性以及模拟通道非线性也会对输出信号幅度平坦度造成影响。因此,本文以800MSPS任意波形发生器为研究对象,针对DDWS引入的镜像频率位置不固定问题,研究基于采样率转换的DDWS技术,针对DDFS和DDWS引入的幅度不平坦问题,研究基于幅频校正的DDFS/DDWS技术,完成800MSPS采样率下数据处理模块的设计与实现。主要工作如下:1、数据产生和数模转换接口模块设计与实现。为使标准波达到同类波形的频率捷变,采用基于DDFS的4并行存储器方式在800MSPS采样率下产生标准波数据;为使任意波达到256M点的深存储要求,采用DDWS,通过AXI DMA IP核控制DDR3 SDRAM的读取生成任意波数据。将上述生成的波形数据经过数据映射处理后,通过JESD204B IP核送给DAC进行数模转换得到模拟波形信号。2、采样率转换模块设计与实现。针对DDWS引入的镜像频率位置不固定问题,研究基于Farrow结构滤波器的采样率转换技术。为实现5SPS～800MSPS到800MSPS采样率的转换,采用4并行Farrow结构并分析其时间参数求解方式。通过对指标和误差的分析,选择合适的滤波器系数。最后利用移位寄存、多相滤波、时间参数处理、滤波结果处理和多项式计算五个模块对其进行逻辑实现。3、幅频校正模块设计与实现。针对DDFS和DDWS引入的幅度不平坦问题,研究基于FIR滤波器的幅频校正技术。为在资源消耗尽可能少的情况下达到800MSPS采样率,采用基于改进的快速FIR算法（FFA）的4并行FIR结构。通过对指标和误差的分析,选择合适的滤波器阶数。最后利用数据缩放、数据预处理、滤波、数据后处理和数据还原五个模块对其进行逻辑实现。测试结果表明,设计的AWG能够输出最高频率80MHz的标准/任意波;不仅能将采样率由5SPS～800MSPS转换到800MSPS,还能校正由DAC和模拟通道引起的幅频失真。输出频率小于1MHz时无杂散动态范围大于72d Bc,校正后在DC～80MHz内幅度平坦度小于0.4d B,与NI公司PXIe-5433相关技术指标相当。
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