基于分段多项式DDFS的高精度FPGA设计与性能优化

本文主要探讨了一种创新的直接数字频率合成器（DDFS）设计方法，特别关注于基于分段多项式近似算法的实现以及在现场可编程门阵列（FPGA）平台上的集成。研究者韩潇、曾立、占丰和陈昱来自北京航空航天大学空间与环境学院和山东航天电子技术研究所，他们针对传统DDFS设计中的查找表方式提出了改进方案。 在该研究中，作者摒弃了传统的基于查表的方法，转而采用了分段多项式近似算法来处理相位到余弦幅度的映射。这种方法的关键在于选择两段四阶偶次幂多项式，通过最小化拟合余弦函数的均方误差，能够实现合成信号的无杂散动态范围（SFDR）最大化，达到94.98dBc。这种优化对于提高信号质量和稳定性具有重要意义。 随后，他们将这个理论模型转化为实际的FPGA实现，构建了一个具有14位输入位宽的相幅映射模块。在这个过程中，他们对数字系统的定点量化进行了深入的分析和优化，确保了量化后的DDFS输出信号幅度的绝对误差极小，仅为2.6×10^-14，SFDR保持在约93dBc，接近理论上的最优值。 这一研究成果对于下一代天基感应式磁力仪在轨高精度定标信号源的设计提供了新的设计思路和技术支持。文章被发表在《电子技术应用》杂志上，强调了其在电子工程领域的实用性和创新性，同时提供了详细的英文引用格式，便于学术交流和进一步的研究。 这篇论文展示了如何利用分段多项式近似方法提升DDFS的性能，并将其成功移植到FPGA平台上，这对于推动频率合成器技术的发展，特别是在精密测量和导航设备中的应用具有重要的理论和实践价值。