基于FPGA的多路正弦波信号发生器专用芯片设计

2010-05-08 10:35:47来源: 于国苹,王桂海,桑圣锋

  目前,正弦波信号发生器技术正逐渐成熟,各种直接数字频率合成器(DDS)集成电路如AD9850等已得到广泛应用;FPGA方面也已经有相关的DDS设计。但DDS专用芯片还很少见。本文介绍了一种工作频率为25 MHz、可进行异步串行通信、频率相位可调的3路正弦波信号发生器专用芯片的设计方法。

  本设计采用OR1200处理器作为主控制器,通过Wishbone总线将3个DDS模块、UART控制器模块、片内RAM模块连接到系统中,构建出一个硬件平台;然后对OR1200进行软件编程,使UART控制器接收专用芯片外部异步串口传送的数据,将这些数据进行处理后传送到DDS模块相应寄存器,从而产生特定频率相位的正弦波信号;最后将程序固化到片内RAM中,在FPGA上实现多路正弦波信号发生器专用芯片的设计。

  1 理论分析

  直接数字频率合成技术是20世纪60年代末出现的第三代频率合成技术。该技术从相位概念出发,以Nyquist时域采样定理为基础,在时域中进行频率合成。DDS频率转换速度快、频率分辨率高,并在频率转换时可保持相位的连续,因而易于实现多种调制功能。DDS是全数字化技术,其幅度、相位、频率均可实现程控,并可通过更换波形数据灵活实现任意波形。本设计实现频率相位可控的正弦波输出。所用DDS IP软核原理框图如图1所示(未给出时钟和复位信号)。

  图1中,ftw_i为频率控制字,phase_i为相位控制字,ampl_o为正弦波信号幅度输出,phase_o为正弦波信号相位输出。本设计中频率控制字的位宽为32位,选用的ROM波形数据为10×10结构,因此相位控制字的位宽为10位,正弦波幅度输出位宽也为10位。

  图1中第1个加法器和第1个单位延时电路构成相位累加器。它在时钟的控制下以步长ftw_i做累加,输出的N位二进制码与M位相位控制字phase_i相加作为波形ROM的地址。由于在ROM中存取的是1/4周期的正弦波形数据,因此,根据正弦波不同的象限,由相位控制字的2个最高有效位(MSB)来控制是否对波形ROM地址进行移位或者对幅度输出进行反相,最终输出10位的正弦波数字信号。

  频率相位值从UART串口输入,OR1200处理器根据式(1)和式(2)对数据进行处理得出频率相位控制字,赋给相应DDS模块的频率相位寄存器,从而输出特定频率相位的正弦波信号[1]。

[1] [2] [3] [4]

关键字:FPGA  多路正弦波  开源软核  OR1200  DDS  信号发生器

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2010/0508/article_1125.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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