基于FPGA与DDS的磁共振成像射频脉冲发生器

设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)与直接数字频率合成(DDS)的磁共振成像(MRI)射频脉冲发生器,采用FPGA实现DDS,并内置软脉冲波形双端口随机存取存储器(RAM)、乘法器以及相关的控制逻辑.实现了较高的技术指标,其中频率、相位与幅度分辨率分别为32 bits、16 bits与16 bits,软脉冲波形的时间精度可达0.1?s.FPGA提供了一个可编程的接口,便于序列控制器对其进行控制,以输出射频脉冲.MRI实验结果证明了该设计的可行性.     

基于FPGA的核磁共振数字化发射机

提出了一种基于FPGA的核磁共振数字化正交发射机的设计技术.利用FPGA内嵌块RAM以及丰富的逻辑资源,并基于ARM7等嵌入式通讯系统完成发射机的高速调制,可以灵活地实现脉冲的频率、相位以及幅度等的调制,精确地控制脉冲的间隔时间.同时FPGA对两片DDS芯片的同步控制还可以实现正交射频信号的发射.     

基于AD9854重离子治癌加速器高频控制器设计

介绍了兰州重离子治癌加速器治疗装置的高频控制系统原理、软件设计、硬件配置和布局。提出并实现了对重离子治癌加速器高频控制系统的高频腔体的精确控制。在硬件上,重离子治癌加速器高频控制系统硬件平台由监视控制板和数据分析板两部分构成,采用双FPGA+DSP+DDS+PXI 结构,此结构具有强大的数据处理能力,其核心器件是FPGA和DDS。通过设计编写FPGA VHDL代码实现对DDS芯片的配置,产生的IQ两路信号,分别发送到高频腔、幅度调制器以及偏流电源上,完成幅相同调和频率调制。通过该设计,实现与DAC和ADC操作配合进行高速高效的数据传输,产生高品质束流。     

直接数字式频率合成器单粒子效应实验研究

在直接数字式频率合成器(DDS)单粒子效应失效现象的基础上,研制了具备寄存器读写、功耗电流测试和输出效应波形捕获功能的DDS辐射效应在线测试系统,开展了DDS单粒子效应实验研究。结果表明,单粒子效应会导致DDS输出波形扰动,波形功能中断,功耗电流陡然增大。分析认为:DDS内部PLL模块发生单粒子瞬态和单粒子翻转,是引发波形扰动的主要原因;内置DAC的主要功能寄存器翻转引发了输出波形功能中断;电流增大是单粒子闭锁引起的。本项研究为国产DDS器件的加固和考核提供了一定的参考。     

惯导输出模拟器设计

针对惯导组件产品测试中多种信号的输出,设计一种基于FPGA惯导组件输出模拟系统。以FPGA芯片为核心,在Quartus II软件开发平台上使用Verilog语言进行编程然后生成原理图,设计DDS(Direct Digital Synthesizer)信号发生器来输出48路脉冲信号,实现对4个惯导组件输出的48路脉冲信号模拟。在FPGA中采用Verilog硬件描述语言编写8串口发送代码生成原理图,实现对8个惯导组件输出8路串口数据的模拟。通过人机交互界面的按键和液晶对脉冲输出和串口发送的参数进行调节,实现脉冲输出和串口发送的设定。利用DDS技术设计48路脉冲较其他方法精度更高,利用FPGA的并行运算特点实现8路串口数据的并行发送。设计降低了各种测试信号连接时的复杂度,提高了测试信号的稳定度和惯导组件标定的效率。     

基于FPGA的电力电子变换器的精仿真研究

在电力电子仿真领域,基于现场可编程门阵列(FPGA)高速并行运算的特点,为了达到实时效果,对系统模型通常采用较为方便的建模。提出了使用FPGA对Boost变换器进行复杂建模以及算法研究。基于这一思想,首先对boost变换器进行建模以及算法研究;其次完成基于FPGA的Boost变换器的建模并利用XILINX的ML605开发板进行仿真实验,将仿真波形与MATLAB进行对比,证实了在一定误差范围内,基于FPGA复杂建模仿真的有效性及准确性。     

基于FPGA的DDS信号发生器设计

在FPGA芯片实现的DDS信号发生器已有一定的应用范围,为获得较宽的频率输出范围,一般需要存储相当数量的波形离散值,占用大量的芯片逻辑资源。这篇文章研究在存储较少量的波形离散值的情况下,通过对系统时钟进行分频,减小输出频率最小值,同时提高在低频处的频率分辨率,通过设定频率控制字为存储离散值个数的约数,保证输出波形重构良好、频率失真度低,节约芯片资源。本设计方案可输出多种波形,其中方波占空比亦可调节,将幅度调节设计在模拟运放电路中,可对幅度进行连续调节。整体设计软件化、模块化,易于调整和扩展。经验证,本设计方案可行,达到预期效果,有一定的工程指导意义和实用价值。     

嵌入式频率特性分析仪的设计及实现

研究设计基于PC104和FPGA的嵌入式频率特性分析仪。该分析仪采用虚拟仪器的概念,以PC104 CPU为主控单元,通过FPGA控制D/A、A/D芯片时序,输出全频率范围内的正弦波并采样存储系统激励信号及输出响应,最后通过CPU算法处理得到系统频率特性。实验结果表明：该仪器人机界面友好,测量速度快,测试波形与理论计算波形能较好吻合。     

一种新型任意信号发生器的设计与实现

为了适应电子技术的发展,需要产生结构复杂,具有特殊功能的任意波形,本文在传统的函数信号发生器的基础上,提出了一种基于DDS技术,通过主控芯片DSP和数模转换芯片相结合,使用七阶椭圆低通滤波器作为信号调理电路的总体硬件电路设计,软件上采用函数式生成函数波形数据和上位机采样生成任意波形数据,能够产生至少30KHz的标准函数波形以及最高频率1KHz的复杂任意波形。通过测试,该方案具有可行性,易于实现,适合在科研和生产中使用。     

基于FPGA的多速率信号发送器的设计

针对传统多速率信号发送器信号的非线性失真大、可调性差等问题,文中提出了一种基于FPGA与DAC5682的新型的设计方案。方案中着重介绍了DAC5682数模转换模块的实现方式以及多速率信号处理算法的实现。DAC模块可以同时实现4通道的数模转换,采样率可以达到1Gsps。同时,为了验证FPGA算法设计的可靠性,文中首先通过MATLAB平台对算法进行了仿真建模分析;然后通过硬件描述语言将算法移植到FPGA电路上,在modelsim中实现了综合后仿真;最后给出了仿真波形。通过仿真验证,发送器具有良好的滤波效果,并可根据实际需求灵活的对基带频率以及变换后的混频模块进行相应的变换和升级。通过FPGA+DAC的设计,简化了系统结构,还能较为高效的实现系统中的各项技术指标。该系统可以广泛应用与移动通信系统中。     

基于FPGA和DDS技术的激光测距仪

针对传统的相位式激光测距仪电路设计复杂、精度难以保证的缺点,把现场可编程逻辑门阵列(FPGA)器件和直接数字频率合成(DDS)信号发生技术应用于传统的相位式激光测距仪的电路设计中,实现了一种结构简单、体积小、可靠性高的短程激光测距系统,测量精度为cm量级。对测距系统误差的主要来源和进一步研究的方向进行了分析。     

OPENCORE NMR: open-source core modules for implementing an integrated FPGA-based NMR spectrometer

A tool kit for implementing an integrated FPGA-based NMR spectrometer [K. Takeda, A highly integrated FPGA-based nuclear magnetic resonance spectrometer, Rev. Sci. Instrum. 78 (2007) 033103], referred to as the OPENCORE NMR spectrometer, is open to public. The system is composed of an FPGA chip and several peripheral boards for USB communication, direct-digital synthesis (DDS), RF transmission, signal acquisition, etc. Inside the FPGA chip have been implemented a number of digital modules including three pulse programmers, the digital part of DDS, a digital quadrature demodulator, dual digital low-pass filters, and a PC interface. These FPGA core modules are written in VHDL, and their source codes are available on our website. This work aims at providing sufficient information with which one can, given some facility in circuit board manufacturing, reproduce the OPENCORE NMR spectrometer presented here. Also, the users are encouraged to modify the design of spectrometer according to their own specific needs. A home-built NMR spectrometer can serve complementary roles to a sophisticated commercial spectrometer, should one comes across such new ideas that require heavy modification to hardware inside the spectrometer. This work can lower the barrier of building a handmade NMR spectrometer in the laboratory, and promote novel and exciting NMR experiments.     

一种用于高场MRI的多源射频发射机

介绍了高场磁共振成像（MRI）多源发射技术的原理,提出了一种用于高场MRI系统的多源射频信号发射机.它能并行输出多路频率、相位、幅度,可快速独立调节的射频脉冲信号.该射频发射机的实现基于单片现场可编程门阵列（FPGA）和多通道数模转换器（DAC）芯片,FPGA读取预存于双端口随机存取存储器（RAM）中的射频信号参数,并利用读取的参数分别实现每路信号的直接数字频率合成（DDS）和信号调制等核心功能,获得多路数字射频信号;FPGA输出的数字信号经过高性能DAC转化为模拟信号,即所需要的射频信号.该射频发射机在设计中大量采用软件无线电技术,即利用Xilinx提供的IP核实现DDS和信号调制等主要功能,具有集成度高、体积小、灵活度高的优点,同时,该设计可以大大缩短开发时间,有效降低实现的难度和成本,为高场MRI谱仪的多源射频发射机的设计研制提供了一种低成本、高效、高性价比的方案.     

数字相位测距仪信号源的研究与设计

在相位激光测距仪中,信号初始相位的相对稳定性对测距仪的测量精度非常重要.对于如何得到全同步的主振信号、本振信号、差频参考信号以及填充脉冲,给出了采用单片机控制频率合成器(DDS)直接数字频率合成芯片,直接滤波以及FPGA软件模拟DDS原理三种不同的方案,最后对这三种方案进行了比较.直接滤波法实现起来简单且成本较低,适合测量精度不是很高的系统.另外两种方案可用于测量精度较高的系统,但是成本较高.     

直接调制半导体激光器的脉冲驱动电路研究

研制了一种应用于直接调制半导体激光器的脉冲驱动电路.根据直接数字频率合成原理,利用现场可编程逻辑阵列产生频率可调方波去触发雪崩晶体管,以及雪崩晶体管的雪崩效应产生频率可调脉宽固定在3 ns的主体脉冲.该脉冲经过衰减器衰减得到合时的脉冲幅度.输出脉冲最高频率可到100 kHz,其输出电压幅度为9 V.     

HIRFL数字化高频低电平控制系统研究

在HIRFL加速器系统中, 需要对射频加速电压的幅度和相位进行精确控制,以实现对重离子的精确俘获、 加速和引出。传统的幅度、相位稳定控制系统采用幅度和相位两个反馈闭合环路来分别稳定腔体电压的幅度和相位。 数字化高频低电平控制系统(LLRF) 基于可编程逻辑门阵列（FPGA）和数字信号处理（DSP）, 采用直接数字频率合成（DDS）与数字正交调制解调（I/Q）技术来实现对高频功率源的控制。 相位控制精度更高, 系统更加稳定。 目前控制系统在假负载上通过了长期稳定性的实验和高功率实验, 幅度偏差小于或等于±1％, 相位偏差小于或等于±0.5°。 In order to ensure that the beam quality is well enough, we need to precisely control the frequency, amplitude and phase of cavity electric field. Traditional control system consists of amplitude loop and phase loop. And these two loops control amplitude and phase stability respectively. The digital low level radio frequency (LLRF) system, which uses advanced digital control technology, needs only one feed back loop to control amplitude and phase stability. The phase control precision and stability of the system are higher than the traditional control system. The LLRF system is based on field programmable gate array (FPGA) and digital signal processing (DSP), and implemented by direct digital frequency synthesis (DDS) and digital orthogonal modulation and demodulation (I/Q) technology. The digital LLRF system has been tested in a long term stability and high power experiments. The amplitude deviation is lower than ±1%, and phase control accuracy is within ±1°. 