FPGA和DDS在信号源中的应用

>2019-08-06 08:34:31 来源:互联网
标签:

 

1引言

DDS同DSP(数字信号处理)一样,是一项关键的数字化技术。DDS是间接数字式频率合成器(DirectDigitalSynthesizer)的英文缩写。与传统的频率合成器相比,DDS具有低本钱、低功耗、高分辨率和疾速转换光阴等优点,普遍应用在电信与电子仪器领域,是实现设备全数字化的一个关键技术。在各行各业的测试应用中,信号源扮演着极其重要的感化。但信号源具有很多分歧的范例,分歧范例的信号源在功效和特性上各不相同,分离适用于很多分歧的应用。目前,最常见的信号源范例包含任意波形发生器,函数发生器,RF信号源,和基本的模拟输入模块。信号源中采纳DDS技术在以后的测试测量行业已经逐渐称为一种主流的做法。但DDS公用器件价钱较贵,输入波形繁多,应用遭到一定限制,分外不得当于输入波形多样化的应用场合。跟着高速可编程逻辑器件FPGA的睁开,电子工程师可根据实际必要,在繁多FPGA上开拓出机能优越的具有任意波形的DDS体系,极大限度地简化设计过程并提高效力。本文在讨论DDS的基础上,介绍利用FPGA设计的基于DDS的信号发生器。

2 DDS技术工作原理

一块DDS芯片中重要包含频率节制存放器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分(如Q2220)。频率节制存放器可以或许或许串行或并行的办法装载并存放用户输入的频率节制码;而相位累加器根据频率节制码在每个时钟周期内停止相位累加,获得一个相位值;正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度(芯片一样平常颠末过程查表获得)。DDS芯片输入的一样平常是数字化的正弦波,因此还需颠末高速D/A转换器和低通滤波器能力获得一个可用的模拟频率信号。DDS信号发生器,重要由相位累加器、相位存放器、波形存储器、D/A转换器和模拟低通滤波器构成如图1所示。fR为参考时钟,K为输入频率节制字,其值与输入频率相对应,因此,节制输入节制字K,就能有用节制输入频率值。通常环境下,K值由节制器写入。



图1 DDS信号发生器构成原理图


由图1可知,在参考时钟fR的节制下,频率节制字K与相位存放器的输入反馈在相位累加器中实现加运算,并把计算结果存放于相位存放器,作为下一次加运算的一个输入值。相位累加器输入高位数据作为波形存储器的相位抽样地址值,查找波形存储器中相对应单位的电压幅值,获得波形二进制编码,实现相位到电压幅值的改变。波形二进制编码再颠末过程D/A转换器,把数中藕转换成相应的模拟信号。低通滤波器可进一步滤除模拟信号中的高频成分,平滑模拟信号。在全体过程中,当相位累加器发生一次溢出时,DDS体系就实现一个周期输入任务。频率节制字K与输入波形频率的函数表达相干式为:

f0=(K/2N)fR(1)

式中,K为频率节制字;fR为参考时钟,N为累加器的位宽值。

当K=l时,可得DDS的最小分辨率为:

fmin=fR/2(2)

为了获得较小分辨率,在实际工程设计中,N一样平常获得较大值,该体系是N取32位设计的。

3关键器件选型

本设计所用到的关键器件重要是可编程逻辑器件(FPGA)和D/A转换器。考虑设计本钱等因素,FPGA采纳Altera公司的低本钱Cyclone系列EPlC6Q240C8.该器件采纳逻辑阵列模块(LAB)和查找表(LUT)布局,内核采纳1.5 V电压供电,是低功耗元件。别的,Cyclone系列EPlC60240C8内部资源丰富,其内部内嵌5 980个逻辑单位(LE),20个4 KB双口存储单位(M 4 KB RAM block)和92 160 bit通俗高速RAM等资源,因此,能较好称心该体系设计请求。而D/A转换器则采纳National Semiconductor公司的DAC0832.

4 DDS的FPGA实现

4.1相位累加器与相位存放器的设计

VerilogHDL是一钟件描述语言(HDL:HardwareDiscriptionLanguage),是一种以文本情势来描述数字体系硬件的布局和形的语言,用它可以或许或许表示逻辑电路图、逻辑表达式,还可以或许或许表示数字逻辑体系所实现的逻辑功效。VerilogHDL和VHDL是目前世界上最流行的两钟件描述语言,都是在20世纪80年月中期开拓进去的。前者由GatewayDesignAutomation公司(该公司于1989年被Cadence公司收买)开拓。两种HDL均为IEEE模范。

相位累加器与相位存放器重要实现累加,实现输入波形频率可调功效。利用Quartus II可编程逻辑器件体系开拓对象停止设计。首先,打开Quartus II软件,新建一个工程管理文件,然后在此工程管理文件中新建一个Verilog HDL源程序文件,并用硬件描述语言Verilog HDL编写程序实其功效。在设计过程中,可在一个模块中描述。一个参考的Verilog HDL程序如下:


4.2基于1/4波形的存储器设计

为了提高体系的分辨率和低落FPGA资源的利用率,采纳基于1/4波形的存储器设计技术。利用正弦波对称性特色,只要存储[O~π/2]幅值,颠末过程地址和幅值数据变换,即可获得全体周期内的正弦波,其设计原理如图2所示。
 



图2 1/4波形的存储器件设计原理框图


用相位累加器输入高2位,作为波形区间标志位。当最高位与次高位都为"0"时,表示输入正弦波正处在[0~π/2]区间内,这时,地址与输入数据都不必要变换;当最高位为"0",次高位为"l"时,输入正弦波正处在[π/2~π]区间内,这时,地址变换器对地址停止求补操纵,而输入数据不变;当最高位为"l",次高位为"0"时,输入正弦波正处在[π~3π/2]区间内,这时,地址不变,而输入变换器对输入数据停止求补操纵;当最高位与次高位都为"l"时,输入正弦波正处在[3π/2~2π]区间内,这时,地址和输入数据都停止求补操纵。

5 D/A转换电路

数据转换器输入的数据是数字情势的电压值,为实现数字电压值与模拟电压值之间的转换,体系还专门设计D/A转换电路,其D/A转换电路原理图如图3所示。



图3 D/A转换电路

 

 
存眷南京电子资讯网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业静态、技术大餐每日推荐
享用快时代的佳构慢阅读
 

 

持续阅读
英特尔联袂 HPE 供给全新可编程加快卡,助力扩大工作负载加快

英特尔本日宣布将与 Hewlett Packard Enterprise* (HPE) 合作,为 HPE ProLiant DL380 Gen10 效劳器供给更强的工作负载加快能力。此举旨在借助全新高机能英特尔? FPGA 可编程加快卡(英特尔? FPGA PAC)D5005 以称心计算密集型市场必要,如流阐发、媒体转码、金融技术和网络安

FPGA编程:testbench的应用技能

1、光阴标尺:格式:`timescale 仿真光阴单位/光阴精度,举例:`TImescale 1ns/100ps,仿真光阴单位位1ns,但是仿真光阴精度可以或许或许到达100ps。 大家应该注意到有个#符号,该符号的意思是指延迟相应的光阴单位。该光阴单位由TImescale决定.一样平常在testbench的开头定义光阴单位和仿真精

汽车对主动驾驶的节制器的挑衅

在前不久的 Baidu Create 2019 百度 AI 开拓者大会上,Apollo 发布了业内首创的 AVP 公用车载计算平台——百度 AVP 公用量产计算单位 ACU-Advanced。这是一篇“硬核”的技术文章。恰是这些后台的“硬核”技术,成就了令人炫偏向主动

FPGA应用小技能

比如我要对一个1bit位宽的节制信号做延时后送给3个模块,第一个模块要延时100个时钟,第二个模块延时150个时钟,第三个模块延时200个时钟,这时我要怎么做。咱咱咱们可以或许定义一个200bit位宽的信号reg [199:0] start_valid, start_valid[199:1]<=start_valid[198:0],然后将s

中科芯存储器及图像处理芯片项目落户武汉未来科技城

7月31日,中科芯集成电路有限公司(如下简称“中科芯”)“存储器及图像处理芯片研发项目”在武汉未来科技城举行了签约仪式。

更多资讯
恰逢其时,Xilinx 拥抱Solarflare SmartNIC

当赛灵思确定公司未来的重点将是实现数据中央加快,和从芯片供给商改变为供给下一代平台公司的时候,赛灵思高层履行团队就已经在着手确定和物色可以或许支撑这些计谋的关键技术和可以或许供给这些关键技术的企业,而Solarflare 公司就在咱咱咱们的候选名单傍边。

剑指国内 CIS 领域龙头,韦尔股份收买北京豪威

韦尔股份耗资超百亿元收买北京豪威终于尘埃落定。

Pasternack推出具有低插入损耗和低回波损耗的新型高频耦合器系列

Pasternack Debuts New Line of High Frequency Couplers with Low Insertion Loss and Low Return Loss New Couplers Operate in the High Frequency Range of 26.5 GHz to

FPGA+云计算:逼真壮丽视觉场面,光线追踪有多强?

光线追踪可以或许或许让画面还原真实视觉效果,让画面加倍的逼真?漫威的科幻大片,是不是给你一种异常真实的错觉?这便是光线追踪的魅力。英特尔? FPGA中国创新中央(如下简称“创新中央”)展厅,展出了一例光线追踪演示。在体验此演示之前,咱咱咱们先来了解下光线追踪。

超小型石英晶体高度仅为0.33mm

Ultra miniature Quartz Crystal only 0.33mm high Waldenburg (Germany), 1 August 2019 – IQD Frequency Products has launched one of the world’s smallest

友情链接:速诚物流网  中远电工网  黑马机械设备信息网  浦东建设新闻网  中国房地产业协会网  天达新闻网  文山民族新闻网  岳阳出版社新闻网  中国汽车租赁网  九哲手绘网