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        Fpga的信號發(fā)生器設計原理

        2018-01-02 11:55:50何振宇
        科學與財富 2018年33期
        關鍵詞:累加器

        何振宇

        摘 要:本篇文章主要論述了一種論述了一種信號發(fā)生器的設計,主要是基于Fpga軟核,采用verilong語言的編程,綜合出硬件電路。設計的的硬件電路一般分為累加器,rom查找表,外圍電路包括高速DAC轉換模塊和低通濾波器,其中的關鍵主要是關于ROM的地址產(chǎn)生,從而查找出相應的值。最后產(chǎn)生的正弦波形完全滿足開始設定的頻率,而且精度高,可操作性強。

        關鍵詞:FPGA ;累加器 ; ROM查找表 ;外圍電路

        引言:現(xiàn)代通信技術迅速發(fā)展,在許多醫(yī)學、工業(yè)、科研等眾多領域,都需要信號產(chǎn)生滿足需要的信號,如正弦波、三角波、鋸齒波等。現(xiàn)在用傳統(tǒng)上用振蕩器產(chǎn)生的正弦波形不靈活,所以現(xiàn)在來闡述一種基于Fpga 快速產(chǎn)生的正弦波的原理。產(chǎn)生的正弦波可以對通過編程的方式來進行修改與維護,所以靈活性很強。

        1.總體設計方案。

        從上圖可以看出,組成的部分包括累加器,加法器,rom波形數(shù)據(jù)表和D/A轉換模塊構成。

        2.累加器模塊

        本次設計頻率字采用32字節(jié)的位寬,相位字采用11字節(jié)位寬。首先將輸入的頻率字和相位字緩存在寄存器中,然后在每次系統(tǒng)時鐘的到來的時候加上頻率字的大小,記為F_CNT,從高到留取的低F_CNT的12位和輸入的相位字累加得到Rom的地址,從而根據(jù)不同時間得到的地址查找出對應的值。對于相位的調整,則更加簡單,我們只需要在每個取樣點的序號上加上一個偏移量,便可實現(xiàn)相位的控制。

        頻率的計算公式:F=B×2^12(其中B為頻率控制字)

        相位計算公式: P=A*π/1024(其中A為相位控制字)

        3.Rom查找表

        Rom即只是可讀的存儲器的簡稱,是一種中只能從中讀取數(shù)據(jù)不能寫入的存儲器。用ip核直接設計出Rom,其中Rom的地址為12位寬對應F_CNT的高12位的位寬,深度設置為4096,用matlab獲取4096個點的正弦信號的值,添加到mif文件中。

        4.高速DAC轉換設計

        數(shù)字模擬轉換器是一種將數(shù)字信號轉換為模擬信號(以電流、電壓或電荷的形式)的設備。將得到的數(shù)字信號通過DAC模塊裝換成模擬信號,為了數(shù)據(jù)的準確性,必須保證轉換的速率足夠快。為此本次設計采用ACM9767模塊。該模塊具有單電源5v供電輸入,分辨率為14為,輸出電壓為正負5v,轉換速率高達125Msps,非常適用信號發(fā)生器。

        5.低通濾波模塊

        低通濾波器是容許低于截止頻率的信號通過, 但高于截止頻率的信號不能通過的電子濾波裝置。從高速DAC得到數(shù)字信號的平滑度不高,通過低通濾波去除低于截止頻率的信號,就能得到理想的正弦波信號。本次設計的低通濾波模塊采用TL6600低通濾波器,采用3v、5v和正負5v工作電源,15MHZ截止頻率的0.5db紋波四階低通濾波器,76db s/n低失真。

        結束語

        使用FPGA做出的信號發(fā)生器通過該變mif文件的數(shù)據(jù)就可以輸出任意波形的信號,使用FPGA做出的信號發(fā)生器具有相對帶寬大,頻率裝換時間短、分辨率高和相位連續(xù)性好等優(yōu)點,較容易實現(xiàn)頻率、相位以及幅度的數(shù)控調制。這樣做出的信號發(fā)生器靈活性相較于傳統(tǒng)的信號發(fā)生器要高。

        參考文獻:

        [1]崔永俊,王晉偉,賈磊,楊兵.基于FPGA的DDS信號發(fā)生器的設計與實現(xiàn)[J]電子器件 , 2016 , 39 (2) :339-343

        [2]李勇,艾竹君,劉巧云,史亞彬,方巍.基于FPGA的DDS設計方法[J]低溫與超導 , 2007 , 35 (6) :539-542

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