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.     

基于直接数字合成技术超声电源控制器的研究

功率超声技术在国民经济各部门的日益广泛应用,越来越需要一种通用型智能化大功率超声电源。控制器是大功率超声电源的核心,它应具有根据大功率超声应用的具体情况自动跟踪振动系统的谐振频率和进行功率大小自动控制的功能。本文以现场可编程门阵列器件(FPGA)作为控制器核心,采用直接数字频率合成技术控制信号输出频率,用改变输出信号占空比的方式实现功率调整,用振动系统的电流和电压相位差信息自动跟踪频率。仿真结果表明,该控制器不仅对信号频率稳定性高,便于功率调整,而且易于实现频率自动跟踪。     

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。     

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.     

超声振动系统频率自动跟踪的模糊控制算法研究

针对大功率超声应用中,工作频带窄、频率跟踪速度要求快的特点,提出将模糊控制智能算法（Fuzzy Control）和数字频率直接合成技术（DDS）相结合的频率自动跟踪方案,依据经验归纳制定模糊控制器来快速跟踪工作频率,将驱动频率调节至谐振频率附近;随后只采用DDS进行频率的微调节,使得电源频率工作在超声换能器的谐振频率点上。最后,通过在MATLAB软件中对控制算法进行验证,表明本文算法具有可行性,能够实现对大功率超声波电源的频率自动跟踪。     

基于FPGA的数字相位计在煤矿提升机激光测距系统中的应用

介绍了用于矿井提升机红外激光位置跟踪系统中的一种新型数字鉴相器的研究方法。该方法是基于现场可编程门阵列(FPGA)器件,并运用快速傅里叶变换(FFT)算法完成的。阐述了在实时高速测量场合运用FPGA器件的优势,并给出了这种新型数字鉴相器的基本原理和具体实现过程。结果表明:数字相位计在应用于矿井提升机的位置跟踪时,不仅可以保证测量精度,而且在很大程度上简化了电路的复杂程度和消耗,具有良好的应用价值。     

无源LC传感器信号读取系统扫频源设计

针对连续快速的高频线性扫频信号源在无源LC传感器信号读取中的应用需求,设计并实现了0～400MHz任意频率段的线性扫频源系统。该系统的核心器件为直接数字频率合成器(DDS)AD9910,采用该芯片的RAM模式和数字斜坡模式,详细介绍各模式工作原理及寄存器的具体配置过程,并分别以这两种模式实现了输出扫频信号。测试结果表明,两种方式均可实现高频高速捷变稳定信号的连续扫频。该扫频源具有高精度、稳定性好、频率捷变快和小型化的等特,为LC传感器的工程应用提供技术基础。     

一种铷原子频标频率综合器新方案的设计与实现

数字化和小型化是铷原子频标（RAFS）发展的重要方向．在传统铷原子频标电路中,6 840 MHz微波信号与频率综合器产生的5.312 5 MHz信号进行混频,得到用于激励铷原子跃迁的6 834.687 5 MHz微波探寻信号．早期铷频标的频率综合器大量使用了分立的模拟器件,数字化程度低、参数优化工作繁杂、电路体积较大．目前常用直接数字频率合成器（DDS）方案直接产生5.312 5 MHz信号,但这种数字电路方案通常需要对10 MHz信号进行倍频,它存在频谱纯度较低、相位噪声高等缺点．本文介绍一种产生5.312 5 MHz信号的频率综合器解决方案,这种设计方案在应用DDS器件时无需使用10 MHz倍频电路,它具有频谱纯度较高、相位噪声低、输出频率和相位可调等优点．     

具有快速调制功能NMR发射机的设计与实现

介绍了一种具有快速幅度、相位和频率调制功能的核磁共振射频发射机. 数字中频子系统中采用了两个级联的数控振荡器,前一级数控振荡器在FPGA内实现,用于产生基带调制信号;后一级则采用具有正交调制功能的DDS芯片,由它来完成基带信号的采样率转换、中频产生、调制和输出. 射频脉冲的相位和频率偏置的设置直接由级联NCO实现,而幅度设置则由步进衰减器和中频幅度调制共同实现. 该发射机的基本性能和功能满足常规1D/2D NMR实验需求.     

高场核磁共振波谱仪频率合成器设计

提出了一种基于锁相环(Phase-locked Loop, PLL)与直接数字合成(Direct Digital Synthesis, DSS)等技术相结合的高场核磁共振波谱仪频率合成器设计方案．该系统以单片机为控制器完成算法运行、参数配置和CAN 总线通信功能,运用PLL 技术和DDS 技术相结合的频率合成方案,通过两次混频,使频率粗调和细调灵活可控,实现宽带低噪声频率输出．将该频率合成器用于自主研制开发的核磁共振波谱仪上进行实验验证,测试得到的线形和灵敏度均达到指标要求,结果证明该设计方案具有可行性．     

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°.      

ANALYSIS OF WAVEFORM ERRORS IN MILLIMETER-WAVE LFMCW SYNTHETIC APERTURE RADAR

In remote sensing applications, there is a special interest in the lightweight, cost effective, and high resolution imaging sensors. The combination of linearly frequency modulated continuous wave (LFMCW) technology and synthetic aperture radar (SAR) technique can lead to such a sensor. This paper concentrates on the analysis of waveform errors in millimeter-wave (MMW) LFMCW SAR. The generating scheme of millimeter-wave LFMCW waveforms with phase locked loop (PLL) and direct digital synthesizer (DDS) combined frequency synthesizer is investigated. The impacts of quantization errors, spurs, and frequency nonlinearities are analyzed. Simulation results show that the quality of LFMCW waveforms has a direct influence on the SAR images. Hence a scheme of frequency synthesizer to achieve high performance MMW LFMCW waveform is proposed. This synthesizer driven by a DDS array can adaptive suppress the spurious level without degradation of excellent frequency linearity and fast switching speed.     

An Approach of Developing High Performance Millimeter-wave Frequency Synthesizer

In this paper, an approach of developing high performance millimeter-wave frequency synthesizer is proposed, which is significantly simpler than the conventional cases. The synthesizer is driven by one triple tuned typed synthesizer, which adjusts the output frequency of DDS and frequency division ratios of variable frequency divider to suppress the spurious level. With the proposed method, a microwave phase locked loop (PLL) PE3236 and a millimeter-wave multiplier HMC283 are also used. Moreover, the PLL is implemented with the form of charge pump followed by a passive three-order low-pass filter which can further suppress the phase noise. Finally, a low spurious level and high frequency resolution millimeter-wave frequency synthesizer without degradation of frequency switching speed is developed. Experimental results show that this method can achieve the performances of low spurious level, low phase noise, and high frequency resolution.     

中国散裂中子源/快循环质子同步加速器射频同步相位环路的数字化控制

 介绍了中国散裂中子源/快循环质子同步加速器射频同步相位环路的数字化控制系统设计方案,并利用ALTERA公司的现场可编程门阵列开发面板进行了系统开发,完成了控制回路的编程与仿真,进行了桌面实验和低功率实验,并对其进行了分析与讨论。实验结果表明：同步相位环路运行稳定,控制误差小于1°,满足物理设计要求。     

高精度数字式相位差测量系统设计

在测量各种双口网络电路的频率特性时,需要对它们的输入与输出信号之间的相位差进行准确测量,针对采用示波器测量相位差误差较大的问题,提出一种能对信号相位差进行高精度测量的设计方案;系统采用过零鉴相和填充计数的测量原理,利用可编程逻辑器件的高速运算能力对高速脉冲计数,由单片机对工作电路进行协调控制和数据处理显示;同时设计高精度相位差可调的直接数字频率合成信号源对系统进行测试,实际测试结果显示,系统对相位差的测量精度高,最小测量精度可达0.1o,并实现宽频率范围的相位差测量。系统在实际应用中测量结果准确、稳定、可靠。     

Heterodyne detection of multiply scattered monochromatic light with a multipixel detector

A new technique is presented for measuring the spectral broadening of light that has been multiply scattered from scatterers in motion. In our method the scattered light is detected by a heterodyne receiver that uses a CCD as a multipixel detector. We obtain the frequency spectrum of the scattered light by sweeping the heterodyne local oscillator frequency. Our detection scheme combines a high optical etendue (product of the surface by the detection solid angle) with an optimal detection of the scattered photons (shot noise). Using this technique, we measure, in vivo, the frequency spectrum of the light scattered through the breast of a female volunteer.     

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。     

Dynamic characteristics of R-FOG based on the triangle wave phase modulation technique

A resonator fiber optic gyro (R-FOG) is a high accuracy inertial rotation sensor based on the Sagnac effect. Fiber ring resonator (FRR) is the core-sensing element in the R-FOG. Till now, the dynamic response of the FRR is studied, and it is found that the frequency of the resonance dip is shifted away from the resonance frequency when sweeping the laser frequency, and thus must affect the performance of the R-FOG. Therefore, dynamic characteristics analysis of the R-FOG, which usually works in the dynamic state, is in urgent need. This paper presents the expression for the dynamic demodulation curve of the R-FOG based on the triangle wave phase modulation technique. Through analysis and simulation, it is concluded that the frequency zero-deviation will be induced when the R-FOG is in dynamic state, and the gyro error caused by the frequency zero-deviation will increase as the product of the operating range and the bandwidth of the R-FOG.