DDS噪声信号发生器设计研究

    0 引言

    在工作和生活的各个领域中,为了有效地利用和克服噪声的影响,通常需要人工模拟产生出噪声信号,而高斯白噪声则是最为常用的.一般情况下,人们采用噪声信号发生器作为信号源,以获取具有良好特性的噪声信号.随着微电子技术的迅速发展,

信号发生器的研制通常采用直接数字频率合成DDS技术进行[1],DDS具有输出频率相对带宽较宽、频率转换时间短、频率分辨率极高、相位变化连续、输出波形灵活、易于集成、功耗低、体积小、重量轻、可靠性高、易于程控、使用相当灵活、性价比极高,以及集成化等优点,使其一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平,为系统提供了优于模拟信号源的性能.本系统采用模块化设计思想,其中采用全数字结构,基于赛普拉斯半导体公司的可编程系统芯片PSoC平台[2-3],通过调用芯片上的系统模块,利用线性同余法和Box-Muller变换为核心而开发,电路设计简单、频率控制灵活,实用性良好,信号精度误差小.

    1 m序列

    实际应用中通常用伪随机数列来替代真正的随机序列.所谓伪随机序列,其实是一种具有严格数学结构和优良性能、可按照预定要求设计的二进制序列伪随机序列作为一种信号形式具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数,并且有预先的可确定性和可重复性.这些特性使得伪随机序列得到了广泛的应用,它可以代替白噪声应用于需要随机信号的场合.

    m序列是指由带线性反馈的移位寄存器所产生的具有最长周期的伪随机序列[4].由于产生该序列所需的电路简单、规律性强,而且具有许多优良的性能,所以,很多伪随机序列都是由m序列衍生而来的.

    当带线性反馈逻辑的移位寄存器设定各级移位寄存器的初始状态后,在时钟的触发下,每次移位后各级寄存器的状态随之发生变化.观察其中一级寄存器的输出,随着移位节拍的推移便会产生一个序列,被称之为移位寄存器序列.最长线性反馈移位寄存器是同级的移位寄存器序列里面最长周期的一组序列,其周期为2n-1,其中n为移位寄存器的个数,也就是移位寄存器的级数.在设置初始状态后,每个时钟周期右移1位,输出1个m序列.

ak= c1ak-1+c2ak-2+*+cn-1ak-(n-1)+cnak-n=Eni=1ciak-i

    上式称为m序列的递推方程,ci为反馈状态,ci=0表示反馈线断开,ci=1表示反馈线连通;ai为移存器状态;k为k次位移.式中加法为模2加法,即0+1=1+0=1,1+1=0+0=0,相当于布尔代数中的÷异或"运算.

    由以上分析可以看出,m序列完全满足伪随机序列的3点要求,是典型的伪随机序列.m随机序列的产生是具有一定的规律性的,通过对所产生的伪随机序列进行均匀性、分布参数和独立性等参数的检验,可以近似地认为,m序列产生器产生的数据是(0,1)均匀分布的,从统计学角度上可以认为是均匀分布的白噪声数据.