基才DSP、DDS和ARM的雷達(dá)中頻信號(hào)模擬器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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555時(shí)基集成電路的應(yīng)用 pdf版
標(biāo)簽： 555 時(shí)基集成電路
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電氣化鐵道牽引網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電氣元件上具有特殊性，開(kāi)展數(shù)學(xué)模型和電氣參數(shù)研究對(duì)掌握其電氣性能具有重要意義。 本文主要介紹了電氣化鐵道牽引網(wǎng)基波與諧波的模型建立與電氣參數(shù)計(jì)算。 借用電力系統(tǒng)中的成熟計(jì)算方法，并結(jié)合牽引網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和導(dǎo)線的特殊性，闡述了多導(dǎo)體傳輸線的串聯(lián)阻抗和并聯(lián)導(dǎo)納矩陣的計(jì)算方法，給出了計(jì)算實(shí)例。 各種供電方式的牽引網(wǎng)都可等效成多導(dǎo)體傳輸線的供電網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上的各種電氣參數(shù)均可視為串聯(lián)元件和并聯(lián)元件。牽引網(wǎng)的均勻多導(dǎo)體傳輸線采用等值Ⅱ型電路，對(duì)其它各種串聯(lián)與并聯(lián)元件也分別建模。 用C＃語(yǔ)言編制了牽引網(wǎng)模型仿真計(jì)算軟件，實(shí)現(xiàn)了諧波在牽引網(wǎng)中的分布計(jì)算。為計(jì)算程序設(shè)計(jì)了良好的人機(jī)界面，通過(guò)界面可以完成牽引網(wǎng)的參數(shù)輸入與外部數(shù)據(jù)讀取，計(jì)算結(jié)果再用.csv格式輸出。其中，詳細(xì)介紹了LU三角算法。 最后，結(jié)合京哈線薊縣南牽引變電所供電區(qū)段高次諧波諧振測(cè)試，分析了牽引網(wǎng)參數(shù)對(duì)高次諧波諧振的影響，說(shuō)明了諧振的原因并給出了治理措施。利用程序進(jìn)行了仿真計(jì)算，驗(yàn)證了程序的可用性。
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高壓直流電源廣泛應(yīng)用于醫(yī)用X射線機(jī)，工業(yè)靜電除塵器等設(shè)備。傳統(tǒng)的工頻高壓直流電源體積大、重量重、變換效率低、動(dòng)態(tài)性能差，這些缺點(diǎn)限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。而高頻高壓直流電源克服了前者的缺點(diǎn)，已成為高壓大功率電源的發(fā)展趨勢(shì)。本文對(duì)應(yīng)用在高輸出電壓大功率場(chǎng)合的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行研究，對(duì)主電路拓?fù)洹⒖刂撇呗浴⒐に嚱Y(jié)構(gòu)等方面做出詳細(xì)討論，提出實(shí)現(xiàn)方案。 高壓變壓器由于匝比很大，呈現(xiàn)出較大的寄生參數(shù)，如漏感和分布電容，若直接應(yīng)用在PWM變換器中，漏感的存在會(huì)產(chǎn)生較高的電壓尖峰，損壞功率器件，分布電容的存在會(huì)使變換器有較大的環(huán)流，降低了變換器的效率。本文選用具有電容型濾波器的LCC諧振變換器為主電路拓?fù)洌梢岳酶邏鹤儔浩髦新└泻头植茧娙葑鳛橹C振元件，減少了元件的數(shù)量，從而減小了變換器的體積。 LCC諧振變換器采用變頻控制策略，可以工作在電感電流連續(xù)模式(CCM)和電感電流斷續(xù)模式(DCM)，本文對(duì)這兩種工作模式進(jìn)行詳細(xì)討論。針對(duì)CCM下的LCC諧振變換器，本文分析其工作原理，用基波近似法推導(dǎo)出變換器的穩(wěn)態(tài)模型，給出一種詳盡的設(shè)計(jì)方法，可以保證所有開(kāi)關(guān)管在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，減小電流應(yīng)力和開(kāi)關(guān)頻率的變化范圍，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。基于該變換器，研制出輸出電壓為41kV，功率為23kW的高頻高壓電源，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了分析與設(shè)計(jì)的正確性。 針對(duì)DCM下的LCC諧振變換器，本文分析其工作原理，該變換器可以實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)關(guān)，有效地減小IGBT拖尾電流造成的關(guān)斷損耗。論文通過(guò)電路狀態(tài)方程推導(dǎo)出變換器的電壓傳輸比特性，在此基礎(chǔ)上對(duì)主電路參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。基于該變換器，研制出輸出電壓為66kV，功率為72kW的高頻高壓電源，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了方案的可行性。
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近幾年來(lái)，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)引起了人們的廣泛注意，根據(jù)這項(xiàng)新技術(shù)，很多相關(guān)協(xié)議被提出來(lái)。其中WiMax(Wireless MetropolitanArea Networks)代表空中接口滿足IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)，IEEE標(biāo)準(zhǔn)在2004年定義了空中接口的物理層(PHY)，即802.16d協(xié)議。該協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸采用突發(fā)模式，調(diào)制方式采用OFDM技術(shù)，傳輸速率較高且實(shí)現(xiàn)方便、成本低廉，已經(jīng)成為首先推廣應(yīng)用的商業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)。 本文主要對(duì)IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)物理層進(jìn)行研究，并在XILINX公司的Virtexpro II芯片上實(shí)現(xiàn)了基帶算法。 首先討論了OFDM基本原理及其關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)IEEE802.16d OFDM系統(tǒng)的物理層發(fā)送端流程搭建了基帶仿真鏈路，利用MATLAB/SIMULINK仿真了OFDM系統(tǒng)在有無(wú)循環(huán)前綴(CP)、多徑數(shù)目不同等情況下的性能變化。由于同步算法和信道估計(jì)算法計(jì)算量都很大，為了找到適合采用FPGA實(shí)現(xiàn)的算法，分析了同步誤差和不同信道估計(jì)算法對(duì)接收信號(hào)的影響，并結(jié)合計(jì)算量的大小提出了一種新的聯(lián)合同步算法，以及得出了LS信道估計(jì)算法最適合802.16d系統(tǒng)的結(jié)論。 其次，完成了基帶發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的FPGA硬件電路實(shí)現(xiàn)。為了使系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率更高，采用了流水線的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中采用編寫(xiě)Verilog程序和使用IP核相結(jié)合的辦法，實(shí)現(xiàn)了新的聯(lián)合同步算法，并且通過(guò)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，避免了信道估計(jì)算法中的繁瑣除法。利用ISE9. 2i和Modelsim6.Oc軟件平臺(tái)對(duì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)、綜合和仿真，并將仿真結(jié)果和MATLAB軟件計(jì)算結(jié)果相對(duì)比。結(jié)果表明，采用16位數(shù)據(jù)總線可達(dá)到理想的精度。 最后，采用串口通信的方式對(duì)基帶系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)串口通信從功能上表明該系統(tǒng)確實(shí)可行。 關(guān)鍵詞：IEEE802. 16d； OFDM； 同步；信道估計(jì)；基帶系統(tǒng)
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互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、星基導(dǎo)航是21世紀(jì)信息社會(huì)的三大支柱產(chǎn)業(yè)，而GPS系統(tǒng)的技術(shù)水平和發(fā)展歷程代表著全世界衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。目前，我國(guó)已經(jīng)成為GPS的使用大國(guó)，衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)鏈也已基本形成。然而，我們對(duì)GPS核心技術(shù)(即如何捕獲衛(wèi)星信號(hào)并保持對(duì)信號(hào)的跟蹤)的研究還不夠深入，我國(guó)GPS產(chǎn)品的核心部分多數(shù)還是靠進(jìn)口。因此，對(duì)GPS核心技術(shù)的研究是非常緊迫的。 本文首先介紹了GPS的定位原理，之后闡述了GPS接收機(jī)的基本原理一直接擴(kuò)頻通信和GPS信號(hào)的結(jié)構(gòu)與特性。從這些方面出發(fā)研究接收機(jī)基帶處理器的捕獲與跟蹤設(shè)計(jì)方案。 設(shè)計(jì)過(guò)程中，先詳細(xì)分析了滑動(dòng)相關(guān)的捕獲算法和基于FFT的快速捕獲算法，并利用matlab進(jìn)行了驗(yàn)證。由于前者靈活性好且可捕獲到高精度的碼相位和載波頻率，適合于本文的硬件接收機(jī)，所以本文確定了滑動(dòng)相關(guān)的捕獲方案。 接著分析了跟蹤環(huán)路的特點(diǎn)，跟蹤模塊采用碼跟蹤環(huán)和載波跟蹤環(huán)耦合的方法實(shí)現(xiàn)。由于GPS系統(tǒng)通常工作在非常低的信噪比環(huán)境中，而非相干環(huán)在低信噪比下環(huán)路跟蹤性能較好，所以碼跟蹤環(huán)采用非相干(DDLL)環(huán)實(shí)現(xiàn)。這種跟蹤環(huán)路采用的鑒相器是能量鑒相器，對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)制和載波相位都不敏感，鑒相器不會(huì)產(chǎn)生不確定量。由于輸入信號(hào)存在180°相位翻轉(zhuǎn)，而COSTAS鎖相環(huán)允許數(shù)據(jù)調(diào)制，對(duì)I支路和Q支路信號(hào)的180°相位翻轉(zhuǎn)不敏感，所以載波跟蹤環(huán)采用COSTAS鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)。上述算法在matlab環(huán)境下得到了驗(yàn)證。 基帶處理器電路的主要模塊在Quartus II8.0開(kāi)發(fā)平臺(tái)上利用VHDL硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。然后利用EDA仿真工具M(jìn)odelSim-Altera6.1g進(jìn)行了邏輯仿真。本設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)功能和性能的要求，可以直接用于實(shí)時(shí)GPS接收機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為自主設(shè)計(jì)GPS接收機(jī)奠定了基礎(chǔ)。 最后，由于在弱電磁環(huán)境下，捕獲失鎖后32PPS信號(hào)會(huì)丟失。所以設(shè)計(jì)了一個(gè)能授時(shí)和守時(shí)的算法去得到與GPS時(shí)同步的精確授時(shí)秒信號(hào)。并且實(shí)現(xiàn)了這個(gè)算法。
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當(dāng)今，移動(dòng)通信正處于向第四代通信系統(tǒng)發(fā)展的階段，OFDM技術(shù)作為第四代數(shù)字移動(dòng)通信(4G)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，被包括LTE在內(nèi)的眾多準(zhǔn)4G協(xié)議所采用。IDFT/DFT作為OFDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能模塊，其精度對(duì)基帶解調(diào)性能產(chǎn)生著重大的影響，尤其對(duì)LTE上行所采用的SC_FDMA更是如此。為了使定點(diǎn)化IDFT/DFT達(dá)到較好的性能，本文采用數(shù)字自動(dòng)增益控制(DAGC)技術(shù)，以解決過(guò)大輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍所造成的IDFT/DFT輸出信噪比(SNR)惡化問(wèn)題。 首先，本文簡(jiǎn)單介紹了較為成熟的AAGC(模擬AGC)技術(shù)，并重點(diǎn)關(guān)注近年來(lái)為了改善其性能而興起的數(shù)字化AGC技術(shù)，它們主要用于壓縮ADC輸入動(dòng)態(tài)范圍以防止其飽和。針對(duì)基帶處理中具有累加特性的定點(diǎn)化IDFT/DFT技術(shù)，進(jìn)一步分析了AAGC技術(shù)和基帶DAGC在實(shí)施對(duì)象，實(shí)現(xiàn)方法等上的異同點(diǎn)，指出了基帶DAGC的必要性。 其次，根據(jù)LTE協(xié)議，搭建了從調(diào)制到解調(diào)的基帶PUSCH處理鏈路，并針對(duì)基于DFT的信道估計(jì)方法的缺點(diǎn)，使用簡(jiǎn)單的兩點(diǎn)替換實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，通過(guò)高斯信道下的MATLAB仿真，證明其可以達(dá)到理想效果。仿真結(jié)果還表明，在不考慮同步問(wèn)題的高斯信道下，本文所搭建的基帶處理鏈路，采用64QAM進(jìn)行調(diào)制，也能達(dá)到在SNR高于17dB時(shí)，硬判譯碼結(jié)果為極低誤碼率(BER)的效果。 再次，在所搭建鏈路的基礎(chǔ)上，通過(guò)理論分析和MATLAB仿真，證明了包括時(shí)域和頻域DAGC在內(nèi)的基帶DAGC具有穩(wěn)定接收鏈路解調(diào)性能的作用。同時(shí)，通過(guò)對(duì)幾種DAGC算法的比較后，得到的一套適用于實(shí)現(xiàn)的基帶DAGC算法，可以使IDFT/DFT的輸出SNR處于最佳范圍，從而滿足LTE系統(tǒng)基帶解調(diào)的要求。針對(duì)時(shí)域和頻域DAGC的差異，分別選定移位和加法，以及查表的方式進(jìn)行基帶DAGC算法的實(shí)現(xiàn)。 最后，本文對(duì)選定的基帶DAGC算法進(jìn)行了FPGA設(shè)計(jì)，仿真、綜合和上板結(jié)果說(shuō)明，時(shí)域和頻域DAGC實(shí)現(xiàn)方法占用資源較少，容易進(jìn)行集成，能夠達(dá)到的最高工作頻率較高，完全滿足基帶處理的速率要求，可以流水處理每一個(gè)IQ數(shù)據(jù)，使之滿足基帶解調(diào)性能。
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