通用信号产生器的设计与实现

赵少松，许 磊

（中国电子科技集团公司 第五十四研究所，河北 石家庄 050081）

引言

通用信号产生器是一种高精度的标准信号源，可以产生各种信号，检验接收机的性能，产生的信号包括单音信号，多音信号，以及各种调制信号，国外早已开始进行这方面的研究，并取得了成功，国内研究起步较晚，但是研制通用信号产生器仍然具有重大意义。本文介绍一种笔者研制的通用信号产生器的设计方案与硬件实现。

1 系统组成和工作原理

1.1 系统组成

通用信号产生单元设备为一个标准3UPXI板卡，主要由FPGA、DSP、高速DA、时频电路、电源处理电路构成，板卡上可以背一个正交调制单元，输出L频段的射频信号，其组成如图1所示。

图1 通用信号产生单元组成示意图

1.2 工作原理

板卡工作时，参考时钟由前面板提供，时钟经过比较器转换为方波后送给时钟产生芯片AD9522，AD9522提供时钟送给FPGA、高速DA。所有类型的信号由FPGA产生，FPGA的I、Q数字信号通过LVDS方式送给高速DA芯片AD9148进行数模转换，AD9148具备正交调制功能，输出为I、Q正交差分信号，正交差分信号可以送入正交调制单元调制到射频输出。DSP对信号产生的流程进行控制，对上位机下发的监控指令进行处理、对设备的状态进行上报。

（1）单音及多音信号产生

单音信号为J（t）＝Aej2πfct，其中fc是信号的频率，A是幅值。实现框图如图3所示。

图2 通用信号产生单元工作原理框图

图3 单音实现框图

FCW为转换的频率控制字，fs为采样频率，通过NCO输出的相位去查表获得正弦和余弦的值。NCO为一阶的累加器；正余弦表采用对称存储的方法，将原来4象限存储压缩为1象限存储，减小了存储空间。

选择fs＝101M，fc＝100M，A＝1，用matlab进行仿真。图4分别给出实部、虚部和频域图。

图4 单音信号产生

多音信号为数个参数可设置的单音信号的和，当前选择4个单音信号。采样率仍然为101M，参数如表1所示。

多音信号的频域示意图如图5所示。

表1 多音信号参数

图5 多音信号产生

图6 调制信号产生框图

由图6可知，调制信号产生可分为调制码产生和调制方式实现两个部分。其中调制码产生分为NCO和码产生器两个主要模块。NCO可沿用与前文一致的NCO方式，码产生器采用最大长度序列产生器，一般原理框图如图7所示。

对于调制方式实现，BPSK、QPSK产生原理类似，将调制码映射为载波相位。

图8为matlab的仿真，采样率为100M，m码产生表达式为：ρ（2）＝z10＋z7＋1。

图7 m序列产生框图

图8 调制信号产生仿真

2 结束语

目前国内外的信号生成类板卡大多采用“PCI总线＋FPGA＋DSP＋高速DAC＋模拟正交调制”的架构，通用信号产生单元正是基于这种架构。整个板卡的性能与国内外同类中高等级产品相当。该板卡的定位为导航信号的模拟生成，所以将导航中的一些应用需求考虑到硬件的设计当中，这与国内外的高速信号生成板卡的应用范围有所不同。通用信号产生单元的灵活性和扩展性较高，接口通用性好，总的来说与国内外高端信号生成类产品处于同一等级。

［1］ 李隽.卫星导航信号模拟器体系结构分析［J］.无线电工程，2006，36（8）：30－39.

［2］ 赵军祥，张其善，常青，等.高动态 GPS卫星信号模拟器关键技术分析及应用［J］.电讯技术，2003，43（4）：49－54.