电子设计PPT课件

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1、Lab电子设计电子设计数字数字&系统设计部分系统设计部分第三讲信号发生器设计杭州电子科技大学电子信息学院电子系统集成技术研究所Lab电子设计电子设计正弦信号发生器正弦信号发生器DDS方法Lab设计要求z设计一个函数信号发生器y输出1Hz1MHz正弦波y输出幅度4Vy负载电阻100y频率步进1HzLab用模拟方法设计信号发生器zRLC振荡器z晶体振荡器z文氏电桥zz都不能够步进1Hz！z频带也太宽了！LabRC振荡器z缺点：稳定度不好y电容：不够精确、受外界温度影响y电阻Lab晶体振荡器z优点：稳定度高z缺点：频率几乎不可调节Lab文氏电桥z缺点：电位器调节频率F007：早期运放现在已经淘汰La

2、b数字方法zDDSzDirect Digital Synthesis z直接数字合成zDDS广泛应用于现代数字通信中z频率数控、调制解调（FM、PSK、QPSK、QAM）Lab数字方式产生波形的原理z量化的梯形波量化的正弦波带阶梯正弦波正弦波z离散值 离散值 模拟值 模拟值z计数器正弦ROM表D/A输出滤波输出z数字电路存储器数模混合电路模拟滤波电路LabDDS原理框图clkoutffN2FWFW为频率字，N为累加器位宽，M为ROM查找表位宽outf输出频率clkf标准频率Lab正弦波的一种数学表述y=sin(2ft)正弦值：单位圆上O点到圆周的轴与y轴正半轴夹角的正弦值为轴与圆周的交点在x轴

3、上的投影正弦波：如果轴以2f角速度匀速转动，投影按时间轴展开，即为正弦波n关键点：n匀速相位变化n投影关系实现n数字量化Lab相位累加器M取N的高M位如果：当频率字FW=1的时候，经过1s，相位累加器的输出从 取M位后为1102310,24,16224MNMHzHzfclk12024LabROM查找表z放一个大小为 的正弦表格M2当1,10,24,16224FWMNMHzHzfclkROM表格的输出正好是1Hz的正弦波形的离散值Lab当2,10,24,16224FWMNMHzHzfclkROM表格的输出在1s里面正弦波形循环了2次正好是2Hz的正弦波形的离散值LabFW=y？当yFWMNMHz

4、Hzfclk,10,24,16224ROM表格的输出在1s里面正弦波形循环了y次正好是yHz的正弦波形的离散值clkoutffN2FWLab硬件设计方案z数字部分采用FPGAyAltera CycloneII EP2C8Q208C8z微控制器采用32位MCUySTM32F103RBT6（ARM Cortex-M3 Core）LabVHDL程序片断LIBRARY IEEE;-32位加法器+寄存器模块USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY ADDER32B IS PORT(A，B:IN STD_LOGIC

5、_VECTOR(31 DOWNTO 0);clk:IN STD_LOGIC;S:OUT STD_LOGIC_VECTOR(31 DOWNTO 0);END ADDER32B;ARCHITECTURE behav OF ADDER32B IS BEGIN process(clk)begin IF clkdEVENT AND clk=1 THEN S=A+B;end process;END behav;Lab可以使用C/C+来生成rom数据#include#include main()int i;float s;for(i=0;i;Lab使用VC+LabD/A数模转换器z高速D/A 10bitsy

6、THS5651A 125MSPSz运放yTI 视频高速运放LabLabLabLabLabLabLab采用专用芯片zAD9850LabDDSz优点：y频率精确，极高的分辨率y快速的频率转换时间y步进间隔数字可调y频带很宽z不足之处：y相位抖动y成本较高LabLab电子设计电子设计正交信号发生器正交信号发生器两路输出的DDSLab数字移相信号发生器设计 z双路正弦波发生z同频率，但是相位偏移Lab相位控制360 M2PW相位差：LabLabLabLabLab电子设计电子设计任意波形发生器任意波形发生器Lab修改ROM表z产生任意的周期波形z任意波形的周期频率可控z波形形状修改可以在短时间内完成La

7、b幅度控制z四象限电流型D/Az模拟乘法器z数字调幅方法：y在ROM表后加数字乘法器Lab全功能的DDS芯片zAD9854 300MHz双路 调频、调相、调幅Lab另外一种方法zPLLzPhase Locked Loopz锁相环Lab电子设计电子设计数字锁相环数字锁相环PLLLabPLL框图与各部分作用 各部分的作用各部分的作用 PD 产生误差电压产生误差电压 LF 产生控制电压产生控制电压 VCO 产生瞬时输出频率产生瞬时输出频率C()td()t 框图框图LabPLL原理原理PLL环路在某一因素作用下，利用输入与输出信号的相位环路在某一因素作用下，利用输入与输出信号的相位差差 产生误差电压，

8、并滤除其中非线性成分与噪声后的产生误差电压，并滤除其中非线性成分与噪声后的纯净控制信号纯净控制信号 控制压控振荡器，使控制压控振荡器，使 朝着缩小固有朝着缩小固有角频差方向变化，一旦角频差方向变化，一旦 趋向很小常数趋向很小常数 （称为剩余相（称为剩余相位差）时，则锁相环路被锁定了，即位差）时，则锁相环路被锁定了，即 0ie()te()te()teC()t 充分必要条件充分必要条件ee()t0i原理原理Lab如果相位差恒定，频率就一定相等未锁定未锁定锁定锁定LaborfNfLabrofMNfLab锁相频率合成器Lab下变频型的单环频率合成器Lab双模前置分频器型单环频率合成器Lab多环频率合成

9、器Lab小数分频频率合成器Lab频率合成器zPLL+DDSz优点：y频率精准y波形良好y数字控制频率调节Lab电子设计电子设计PWMPWM信号发生信号发生DC-DC直流电机驱动LabzTL494zSG3842zMCULab电子设计电子设计SPWMSPWMDC-ACLab单相SPWMz自然采样法y三角波-计数器实现y正弦波-DDS实现y比较z驱动电路yH桥LabLabLab三相SPWMz自然采样法y三角波-计数器实现y三路正弦波-120相位差，DDS实现y比较LabLab Waveforms and FFT ma=0.8,mf=15,fm=60Hz,fcr=900Hz Switching frequency fsw=fcr=900HzSPWM