基于FPGA的双路低频信号发生及分析仪

2015-07-13 10:46:11   来源:dzsc   

关键字: FPGA  双路低频信号  分析仪

  l 引言

  频率合成技术的应用,对通信、数字电视、卫星定位、航空航天、雷达、电子对抗技术的发展起到了至关重要的作用。而作为波形发生器的核心的频率合成技术,其原理是把一个或多个高精度、高稳定性的参考频率,经过各种信号处理技术,生成同样精度和稳定性的各种离散频率。虽然各个芯片厂推出了先进的高性能、多功能DDS集成芯片,但在某些情况下,这些DDS集成芯片的控制方式、频率和转化率不符合系统要求。如果使用高性能的FPGA器件来代替DDS集成电路,便可以满足设计要求。

  本文设计了一种低频信号发生及分析系统。本系统以高速可编程逻辑门阵列FPGA为核心技术,由FPGA通过p核产生双路低频信号,参数由按键输入。产生的双路信号经过加法电路的叠加,由FPGA对信号进行快速傅里叶变换得到频域信号,最后通过示波器观察频域信号,通过门限法得到该信号的频率和幅度等参数并在LCD上显示。该系统具有体积小、携带方便、操作简便、易于连接,采样率、数据传输速率高,动态范围大(12位A/D采样率)等特点,使用自制的线性电源,非常方便低频信号生成和分析。

  2 系统组成与工作原理

  系统由FPGA核心板、D/A转换电路、加法器电路、A/D转换电路、直流稳压电源、键盘和显示等部分组成。

  系统总体框图如图1所示。

  双路低频信号由一块FPGA产生,通过按键控制频率、幅度等参数,参数实时显示在数码管上,2路信号送入加法器进行求和,然后经过A/D采样给另一块FPGA,并对信号进行快速傅里叶变换处理后提取出频域信号,频谱图可以通过示波器观察,最后分别显示叠加前两路正弦信号的频率和幅度。

  3硬件电路板设计

  3.1 FPGA核心板设计

  FPGA核心板担负着数据发送和分析的任务,是本系统最为关键的部分。FPGA核心板采用的是Xilinx公司Spartan3系列的XC3S400一PQ208型40万门芯片,其配置芯片为Xilinx公司的专用配置PROM芯片XCF02S,以实现加电自动配置。核心板采用5 V输入,板上有两块LM317电源芯片分别输出3.3 V和2.5 V电压。板上采用40 MHz有源晶振,能够满足高速设计要求。核心板140支I/0口全部引出,非常便于与外围器件的连接及系统的扩展。最小系统框图如图2所示。

  3.2 D/A转换电路设计D/A部分采用14位模数转换芯片AD9764AR,双差分电流输出,差分操作不仅有助于消除与IOUTA和IOUTB相关的共模误差源,比如噪声、失真和直流偏置,而且为负载提供了两倍信号功率。电路如图3所示。

  3.3加法器电路设计采用AD81IAN芯片求和电路如图4所示。

  放大器的典型运算电路,两路信号求和输出。

  根据计算公式:

  3.4 A/D转换电路设计

  设计中采用ADI公司生产的快速A/D转换芯片AD9224.AD9224为28脚SOIC和SSOP封装的模/数转换器;内部采用闪烁式A/D及多级流水线式结构,因而不失码,使用方便、准确度高;在单一+5V电源下,它的功耗,仅有376 mw,信噪比与失真度为士0.7 dB,完全满足设计要求。AD9224应用电路如图5所示。


  4软件设计

  4.1软件总体设计

  软件部分主要包括信号产生模块、人机交互模块、频谱分析模块。整个系统的详细设计流程如图6所示。负责产生信号的FPGA通过扫描按键得到参数,送给数码管显示,并调用IP核产生各种波形n].输出信号的形状通过拨码开关控制负责信号分析的FPGA调用FFT核将频谱信号输出,并从频谱信号中将信号的频率和幅度参数显示出来。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0713/article_12303.html
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