任意波形发生器数字模块的硬件设计

摘要

在当今电子信息时代，作为电子产品的测试工具的电子测量仪器逐渐向高速化、集成化、智能化的方向发展。任意波形发生器（Arbitrary Waveform Generator,AWG）就是这个时代的电子测量仪器的标志性产物。它经过几代的发展，经历了从最初的模拟电路波形合成发展到数字技术时代，不仅能够产生像传统信号发生器一样的简单波形,还能产生调制信号，甚至还可以产生手工编辑的任意波形。任意波形发生器基本可以模拟各种信号，广泛应用于军事、医疗、教育等方面，为科技的发展做出了巨大的贡献。
　　本论文所研究的任意波形发生器模块,它是基于 PXI-Express标准的电子合成仪器的信号发生模块。本任意波形发生器模块有基于直接数字波形合成和基于直接数字频率合成两种方式产生波形，两种方式各有优缺点，适用范围不同。
　　本论文首先介绍了任意波形发生器的发展状况，对目前流行的直接数字波形合成和直接数字频率合成两种方式进行了详细的介绍和比较，接着对关键技术的可行性进行论证，最终确定了任意波形发生器模块的整体设计方案。然后根据设计方案，选取合适的芯片实现各个模块功能，在确定方案和器件后，完成原理图及印制电路板。最后通过现场可编程门阵列实现基于直接数字波形合成和基于直接数字频率合成的。
　　本论文攻克了三大难点：大容量存储的实现，高速数模转换功能及高速电路的设计。大容量存储需要对读写操作及时序有很好的理解，满足其大容量高速的要求；高速数模转换功能主要工作点为数模转换芯片 AD9739工作原理及其寄存器配置；高速电路设计需要注意信号完整性问题，合理布局布线。
　　本文采用VHDL硬件描述语言完成FPGA，通过modelsim仿真及Chipscope在线调试相结合的仿真完成功能验证。对于大容量深度存储及高速数模转换进行了分析及验证，为今后的进一步开发打下了基础。

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第一章 绪论

1.1研究的背景及意义

1.2国内外的发展现状及趋势

1.3设计目标（指标）、任务及论文章节安排

1.4本章小结

第二章 任意波形发生器的整体方案设计

2.1频率合成技术

2.2存储方案

2.3并串转换技术

2.4整体方案设计

2.5本章小结

第三章 任意波形发生器硬件设计

3.1电源模块设计

3.2时钟模块设计

3.3D/A转换模块设计

3.4存储模块设计

3.5 FPGA模块设计

3.6 连接器

3.7 PCB设计

3.8本章小结

第四章 存储模块设计

4.1 DDR2 SDRAM简介

4.2 DDR2 SDRAM控制程序设计

4.3高速数据缓存

4.4 DDR2 SDRAM性能优化

4.5存储器的信号完整性分析

4.6本章小结

第五章 FPGA逻辑设计

5.1 FPGA的逻辑设计

5.2相位累加模块的设计

5.3并串转换模块的设计

5.4时钟芯片AD9518的配置

5.5 AD9739 D/A转换芯片配置

5.6本章小结

第六章 调试与测试

6.1硬件调试

6.2硬件调试过程

6.3调试过程中遇到的问题

6.4本章小结

第七章 总结与展望

致谢

参考文献

附录