基于FPGA的快速频率引导技术

论文摘要

随着半导体技术的不断发展,尤其是可编程器件——FPGA的发展,它具备了越来越快的速度、集成了更多的门电路、拥有了更加丰富的接口与功能,从而它的应用越加广泛。本文正是通过以FPGA器件实现了基于多路移相多周期同步计数法高精度瞬时测频与频率引导时序设计实现。本文主要进行了两方面技术研究及其FPGA实现。一方面本文深入具体的分析了当前主要的瞬时测频方法、工程实现方法、成本与精度分析等,最终本文设计选择了适合技术所需的高速高精度测频方法。另一方面本文设计采用了以计数器为核心构建的频率引导时序设计,该时序设计大大简化了传统的ROM+ASIC频率引导技术方案,提高了设计效率,降低了设计成本。本设计验证了完全可以使用FPGA实现数字瞬时测频与快速频率引导技术的单片化,这样不仅相对传统方法减小了占用面积,更大大降低了设计成本。本设计并没有简单的停留在理论或仿真层面,而是通过具体的软件编程以及电路实现、实物调试和数据分析等工作,完成了评估电路的具体调试及其总结分析。本技术不仅完全满足设计的具体技术指标与工程要求,而且可以进一步推广到雷达回波模拟、半实物仿真和电子战干扰机等应用中,具有一定的经济与社会价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 课题来源和主要研究内容
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文章节安排
• 第二章 设计原理
• 2.1 引言
• 2.2 总体设计
• 2.3 瞬时测频方法
• 2.3.1 干涉比相法
• 2.3.2 谱分析/估计法
• 2.3.3 计数法
• 2.4 单脉冲雷达载频测量
• 2.4.1 变频处理
• 2.4.2 DRO
• 2.4.3 PLL
• 2.4.4 脉冲等精度计数法测频
• 2.4.5 多路移相时钟计数法
• 2.5 频率引导
• 2.5.1 概述
• 2.5.2 VCO环境适应性
• 2.5.3 实时动态更新VCO特性的频率引导方法
• 2.6 小结
• 第三章 系统方案设计
• 3.1 引言
• 3.2 FPGA
• 3.2.1 FPGA简介
• 3.2.2 FPGA的设计
• 3.2.3 Verilog HDL语言简述
• 3.2.4 ModelSim简介
• 3.3 基于FPGA的瞬时测频设计
• 3.3.1 设计组成
• 3.3.2 8路移相
• 3.3.3 频率解算
• 3.4 基于FPGA的频率引导设计
• 3.4.1 设计组成
• 3.4.2 雷达同步检测
• 3.4.3 检波脉冲检测
• 3.4.4 VCO电压——频率特性表格
• 3.4.5 基于ROM的引导时序设计
• 3.4.6 基于状态机的引导时序设计
• 3.5 FPGA器件选择
• 3.5.1 Altera公司FPGA器件简介
• 3.5.2 Xilinx公司FPGA器件简介
• 3.5.3 FPGA选择——XC4VSX55
• 3.6 电路PCB设计
• 3.6.1 电路组成
• 3.6.2 基于AD9514的电平转换
• 3.6.3 基于AD8318与ADCMP600的信号检波
• 3.6.4 电路设计
• 3.7 小结
• 第四章 瞬时测频基于FPGA实现
• 4.1 引言
• 4.2 基于FPGA的测频系统模块设计
• 4.3 输入缓冲模块
• 4.3.1 输入缓冲模块
• 4.3.2 输入缓冲模块设计仿真
• 4.4 数字时钟管理模块DCM
• 4.4.1 数字时钟管理模块DCM原理与组成
• 4.4.2 数字时钟管理模块DCM实现与仿真
• 4.5 9路计数器/加法器模块
• 4.6 除法模块
• 4.7 二进制-BCD码转换模块
• 4.8 译码器模块
• 4.9 顶层模块功能仿真
• 4.10 约束
• 4.11 顶层模块布局布线后仿真
• 4.12 设计验证
• 4.13 小结
• 第五章 频率引导FPGA实现
• 5.1 引言
• 5.2 设计原理
• 5.3 频率引导时序设计
• 5.4 频率引导时序实现
• 5.5 小结
• 第六章 测试与数据分析
• 6.1 引言
• 6.2 误差因素分析
• 6.3 测试与数据分析
• 6.4 小结
• 第七章 总结和展望
• 致谢
• 参考文献