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一、?DDS工作原理

DDS（Direct Digital Synthesizer）技術(shù)是一種頻率合成方法，其輸出頻率具有分辨率高、功耗低、頻率切換速度快且頻率切換時(shí)輸出信號(hào)的相位連續(xù)等特點(diǎn)。為此在數(shù)字信號(hào)處理及硬件實(shí)現(xiàn)中有著很重要的作用。DDS的結(jié)構(gòu)主要由相位累加器、波形存儲(chǔ)器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和低通濾波器等四個(gè)大的結(jié)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)框圖如下：

其中，fclk為參考時(shí)鐘，Pword為相位控制字，給定輸出信號(hào)的初始相位值；Fword為頻率控制字，用于控制輸出信號(hào)的頻率。DDS模塊工作時(shí)，每來(lái)一個(gè)參考時(shí)鐘，相位累加器就將頻率控制字與寄存器輸出的值累加，將相加后的值繼續(xù)輸入到寄存器中，這樣構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，可以不停的對(duì)頻率控制字進(jìn)行累加。累加的值作為地址在波形存儲(chǔ)器中通過(guò)查找地址所對(duì)應(yīng)的幅值表，就可以完成其從相位到幅值之間的轉(zhuǎn)化。

在DDS模塊中，輸出頻率的公式為：Fout = fclk/2*Fword

從公式可以看出，DDS輸出的頻率由頻率控制字Fword決定。當(dāng)頻率控制字變化時(shí)，輸出頻率也跟著變化，從而可以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生。

二、?線性調(diào)頻信號(hào)

線性調(diào)頻信號(hào)是一種頻率連續(xù)線性變化的信號(hào)，是一種常用的雷達(dá)信號(hào)。在雷達(dá)系統(tǒng)中常用做發(fā)射信號(hào)，由于其帶寬較高且包絡(luò)為矩形，故在接收機(jī)端可以實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮得到較高的距離分辨力。線性調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式為：S(t)=Acos(2πf0 + πut^2) (0≤t≤τ)；相位對(duì) t 求導(dǎo)得到頻率： f=f0+ut；其中：f0為起始頻率，u為調(diào)頻斜率，τ為脈沖寬度，B=uτ為信號(hào)的帶寬。由公式可以看出，S(t)的頻率隨時(shí)間變化線性變化，初始值為f0，斜率為u。

三、?基于DDS的線性調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生

由DDS原理可知通過(guò)控制輸入的頻率控制字即可控制輸出的信號(hào)頻率，我們可以通過(guò)控制頻率控制字使DDS輸出信號(hào)的頻率線性變化，由此產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)。由于在MATLAB中仿真能更清楚的了解信號(hào)的頻譜，故本實(shí)驗(yàn)采用在system generator中搭建模型的方式，仿真正確后生成IP核的加入到工程中。首先，我們需要確定線性調(diào)頻信號(hào)的相關(guān)參數(shù)，即模型的輸入包括采樣率fs、信號(hào)的帶寬B、斜率選擇ratio以及初始相位frq_first等。整體模型框圖如下圖所示：

首先根據(jù)帶寬及采樣率通過(guò)fword_gen模塊產(chǎn)生線性的DDS的頻率控制字，并且給出初始相位和斜率選擇；將計(jì)算得到的頻率控制字輸出給DDS，產(chǎn)生頻率在Band帶寬內(nèi)線性變化的余弦信號(hào)；最后通過(guò)幅度調(diào)制模塊對(duì)輸出信號(hào)的振幅進(jìn)行調(diào)整，得到一個(gè)chirp信號(hào)。

DDS模塊調(diào)用xilinx的IP核DDS compiler6.0，可以雙擊IP核進(jìn)行配置其系統(tǒng)時(shí)鐘、相位位寬、輸出信號(hào)位寬等。

其中poff為相位控制字，pinc為頻率控制字。需要注意的是，在搭建模型調(diào)用IP核時(shí)，輸入的相位控制字和頻率控制字均需要為小數(shù)，可以通過(guò)調(diào)用reinterpret模塊，將fword_gen模塊生成的頻率控制字轉(zhuǎn)換成小數(shù)后輸入給DDS IP核。