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        Fpga的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)原理

        2018-01-02 11:55:50何振宇
        科學(xué)與財(cái)富 2018年33期
        關(guān)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(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì),主要是基于Fpga軟核,采用verilong語(yǔ)言的編程,綜合出硬件電路。設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換模塊和低通濾波器,其中的關(guān)鍵主要是關(guān)于ROM的地址產(chǎn)生,從而查找出相應(yīng)的值。最后產(chǎn)生的正弦波形完全滿(mǎn)足開(kāi)始設(shè)定的頻率,而且精度高,可操作性強(qiáng)。

        關(guān)鍵詞:FPGA ;累加器 ; ROM查找表 ;外圍電路

        引言:現(xiàn)代通信技術(shù)迅速發(fā)展,在許多醫(yī)學(xué)、工業(yè)、科研等眾多領(lǐng)域,都需要信號(hào)產(chǎn)生滿(mǎn)足需要的信號(hào),如正弦波、三角波、鋸齒波等?,F(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(lái)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(duì)通過(guò)編程的方式來(lái)進(jìn)行修改與維護(hù),所以靈活性很強(qiáng)。

        1.總體設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換模塊構(gòu)成。

        2.累加器模塊

        本次設(shè)計(jì)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(shí)鐘的到來(lái)的時(shí)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(shí)間得到的地址查找出對(duì)應(yīng)的值。對(duì)于相位的調(diào)整,則更加簡(jiǎn)單,我們只需要在每個(gè)取樣點(diǎn)的序號(hào)上加上一個(gè)偏移量,便可實(shí)現(xiàn)相位的控制。

        頻率的計(jì)算公式:F=B×2^12(其中B為頻率控制字)

        相位計(jì)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(chǔ)器的簡(jiǎn)稱(chēng),是一種中只能從中讀取數(shù)據(jù)不能寫(xiě)入的存儲(chǔ)器。用ip核直接設(shè)計(jì)出Rom,其中Rom的地址為12位寬對(duì)應(yīng)F_CNT的高12位的位寬,深度設(shè)置為4096,用matlab獲取4096個(gè)點(diǎn)的正弦信號(hào)的值,添加到mif文件中。

        4.高速DAC轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)

        數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器是一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)(以電流、電壓或電荷的形式)的設(shè)備。將得到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)DAC模塊裝換成模擬信號(hào),為了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,必須保證轉(zhuǎn)換的速率足夠快。為此本次設(shè)計(jì)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(fù)5v,轉(zhuǎn)換速率高達(dá)125Msps,非常適用信號(hào)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(hào)通過(guò), 但高于截止頻率的信號(hào)不能通過(guò)的電子濾波裝置。從高速DAC得到數(shù)字信號(hào)的平滑度不高,通過(guò)低通濾波去除低于截止頻率的信號(hào),就能得到理想的正弦波信號(hào)。本次設(shè)計(jì)的低通濾波模塊采用TL6600低通濾波器,采用3v、5v和正負(fù)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(jié)束語(yǔ)

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

        參考文獻(xiàn):

        [1]崔永俊,王晉偉,賈磊,楊兵.基于FPGA的DDS信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)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(shè)計(jì)方法[J]低溫與超導(dǎo) , 2007 , 35 (6) :539-542

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