基于CORDIC算法的DDS技术研究与实现

论文摘要

最近几十年里直接数字频率合成技术在理论和实际应用上都得到了突飞猛进的发展,因其具有频率切换时间短、频率分辨率高、相位变换连续、相位噪声低等独特的优点而被广泛应用于雷达通信、电子对抗等军事领域,而目前DDS芯片中相关核心技术被国外一些公司垄断,因此研究自主知识产权的DDS芯片具有广阔的市场前景和军事应用价值。本论文以某研究所的科研项目“专用DDS芯片研究”为依托,通过深入分析目前国外主流DDS芯片的设计思想,针对具体的应用场合,在传统的直接数字频率合成器结构基础上,采用坐标旋转计算机(CORDIC)算法,设计实现了一个DDS软核,该DDS软核的频率切换时间为10ns、频率控制字为48位、相位控制字为14位、幅度控制字为12位、频率分辨率高达3.55×10 ?7Hz、相位分辨率为2π214、同时还可以实现信号的频率调制、相位调制和幅度调制功能,在中芯国际SMIC0.18um标准单元工艺库下进行逻辑综合,结果表明所设计的DDS能够在100MHz时钟频率下工作,综合后的面积约为1.34 mm×1.34mm,门数约为11万门左右。本论文首先讨论了直接数字频率合成技术的发展现状和发展趋势,分析了直接数字频率合成器的工作原理和结构,接着对本设计中的CORDIC算法及其几种VLSI实现结构进行适当的讨论。最后根据数字ASIC设计流程,用verilogHDL对DDS软核中的相位累加器、调相加法器、相/幅转换器和调幅乘法器进行了RTL设计,采用modelsim仿真工具对DDS软核进行了功能仿真,同时在Altera公司的cyclone系列FPGA上进行了硬件验证,并使用DC综合工具将DDS软核综合成门级网表,对关键路径进行了静态时序分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 频率合成技术发展
• 1.1.2 直接数字频率合成技术研究现状
• 1.2 本文主要完成的工作及组织结构
• 1.3 小结
• 第二章 DDS 原理与CORDIC 算法
• 2.1 DDS 基本理论
• 2.1.1 DDS 的工作原理
• 2.1.2 DDS 的主要特点和应用
• 2.2 CORDIC 算法的基本理论
• 2.2.1 CORDIC 算法
• 2.2.2 统一的CORDIC 算法
• 2.3 CORDIC 算法的VLSI 实现结构
• 2.3.1 单步循环迭代结构
• 2.3.2 平行展开结构
• 2.3.3 粒度迭代结构
• 2.4 小结
• 第三章 数字ASIC 设计流程
• 3.1 数字ASIC 设计流程
• 3.2 数字ASIC 设计方法
• 3.2.1 门阵列ASIC 设计方法
• 3.2.2 标准单元ASIC 设计方法
• 3.3 数字ASIC 设计相关技术
• 3.3.1 可综合技术
• 3.3.2 可测性技术
• 3.3.3 低功耗技术
• 3.3.4 静态时序分析技术
• 3.4 小结
• 第四章 DDS 系统RTL 设计
• 4.1 DDS 系统模块划分与参数的确立
• 4.1.1 DDS 系统模块划分
• 4.1.2 DDS 系统参数确立
• 4.2 流水线设计方法
• 4.3 相位累加器设计
• 4.4 调相加法器设计
• 4.5 相/幅转换器设计
• 4.5.1 CORDIC 运算器设计
• 4.5.2 控制器设计
• 4.6 调幅乘法器设计
• 4.6.1 调幅乘法器模型建立
• 4.6.2 幅度调制乘法器设计
• 4.7 小结
• 第五章 DDS 软核的功能仿真与FPGA 验证
• 5.1 功能仿真概念
• 5.1.1 制定验证策略
• 5.1.2 构建仿真验证平台
• 5.2 DDS 软核模块级的功能仿真
• 5.2.1 相位累加器功能仿真
• 5.2.2 调相加法器功能仿真
• 5.2.3 相/幅转换器功能仿真
• 5.2.4 幅度调制乘法器功能仿真
• 5.3 DDS 软核系统级的功能仿真
• 5.3.1 最大步长功能仿真
• 5.3.2 最小步长的功能仿真
• 5.3.3 调频功能仿真
• 5.3.4 调幅功能仿真
• 5.3.5 调相功能仿真
• 5.4 基于FPGA 的原型验证
• 5.4.1 FPGA 验证优势
• 5.4.2 FPGA 验证软硬件环境
• 5.4.3 FPGA 综合结果
• 5.4.4 FPGA 静态时序分析结果
• 5.4.5 FPGA 时序仿真
• 5.5 小结
• 第六章 逻辑综合
• 6.1 逻辑综合概念
• 6.2 逻辑综合流程
• 6.3 DDS 软核的逻辑综合
• 6.4 静态时序分析
• 6.5 门级仿真
• 6.6 小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A：逻辑综合脚本程序
• 附录B：综合电路图
• 附录C：作者在攻读硕士学位期间发表的论文