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基于随机采样的数字前端功率消耗问题的研究

作　者: 邓潇宇
导　师: 戴青云
学　校: 广东工业大学
专　业: 通信与信息处理
关键词: 随机时钟可编程逻辑器件(FPGA) 数字前端数模转换器(ADC)
分类号: TN911.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 12次
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内容摘要

随着大规模集成电路设计和制造技术的飞速发展,以Shannon均匀采样定理为基础的数字信号处理技术得到了飞速发展和广泛应用,但是,在具体的工程实践中,Shannon采样定理也显现出了它的局限性。本文主要探讨了非均匀采样的基本理论及实现,并研制出一套基于FPGA的非均匀采样系统。数字前端是现在移动终端中最重要的信号处理设备,降低其对功率和频率的依赖具有重要的理论和现实意义。本文通过可编程逻辑器件(FPGA)的特有结构,设计了一种简捷高效的随机时钟产生模块,并利用所产生的随机时钟作为数字前端中模数转换器(ADC)的工作时钟频率,以达到产生不均匀采样ADC的目的,从而有效地降低ADC或数字前端的功率消耗。通过仿真实验结果表明,本文所设计的FPGA模块能够产生随机性很好的时钟信号,而且优于现有的设计方法。同时本文通过实验发现随机性越大的时钟信号能有效降低数字前端的功率消耗。文章首先是绪论。简单的介绍了采样理论及采样方式；并概述了非均匀采样的理论及其国内外发展现状,然后在第二部分详细介绍了非均匀采样的基础理论。在第三部分用MATLAB对均匀采样和非均匀采样进行了仿真和频谱分析,对非均匀采样的可靠性进行了验证。第四部分是本文的重点部分。详细地介绍了整个随机时钟发生模块的硬件设计与实现,软件设计与实现。首先是整个硬件系统的设计框图；然后介绍了FPGA与ADC接口的硬件设计；最后对FPGA进行软件编制及功能的实现,并对ADC在采用随机时钟和均匀时钟时的功率消耗进行对比。最后是本文的结束语。总结了本课题的相关内容,以及今后的研究方向。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
Contents  9-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究的背景和意义  11-12
  1.2 非均匀采样的理论及其国内外发展现状  12-14
  1.3 可编程逻辑器件(FPGA)的发展  14-17
  1.4 本文的研究的内容及章节安排  17-19
第二章非均匀采样的分析  19-27
  2.1 非均匀采样的可靠性分析  19-23
    2.1.1 非均匀采样的频谱分析  19-21
    2.1.2 不均匀采样精度分析  21-22
    2.1.3 采样时钟抖动对非均匀离散傅里叶变换的影响  22-23
  2.2 非均匀采样中采样时刻的选择  23-25
    2.2.1 时钟抖动的均匀采样(JRS)  23-24
    2.2.2 加性非均匀采样(ARS)  24-25
  2.3 非均匀采样的抗频率混叠  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章均匀采样和非均匀采样的频谱分析  27-32
  3.1 基于SVD算法的多频带信号重建  27-28
  3.2 MATLAB上信号频谱仿真和分析  28-31
  3.3 本章小结  31-32
第四章数字前端功率消耗对比分析  32-43
  4.1 伪随机采样模块设计  33-35
  4.2 随机时钟在Modelsim上的仿真分析  35-37
    4.2.1 仿真环境介绍  35-36
    4.2.2 伪随机采样硬件选择和电路仿真  36-37
  4.3 随机时钟的硬件实现和数字前端的功率消耗比较  37-42
    4.3.1 AD9225接口功能特点  37-40
    4.3.2 随机采样与均匀采样的功率消耗分析  40-41
    4.3.3 ADC功率的消耗与时钟随机性的关系  41-42
    4.3.4 与其它方法的性能对比  42
  4.4 本章小结  42-43
总结  43-45
参考文献  45-49
攻读硕士学位期间发表的学术论文  49-51
致谢  51-52
附录A  52-55
附录B  55-64
附录C  64

基于随机采样的数字前端功率消耗问题的研究

内容摘要

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