基于FPGA的高精度相位測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)方案
引言
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/151092.htm隨著集成電路的發(fā)展,利用大規(guī)模集成電路來(lái)完成各種高速、高精度電子儀器的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一種行之有效的方法。采用這種技術(shù)制成的電子儀器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、測(cè)量精確且易于調(diào)試。本文采用AlteraCycloneII系列FPGA器件EP2C5,設(shè)計(jì)了高精度相位測(cè)量?jī)x。測(cè)量相位差所需的信號(hào)源在FPGA內(nèi)部運(yùn)用DDS原理生成,然后通過(guò)高速時(shí)鐘脈沖計(jì)算兩路正弦波過(guò)零點(diǎn)之間的距離,最后通過(guò)一定的運(yùn)算電路得到最終相位值,測(cè)相精度為1°。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
該基于FPGA的相位測(cè)量?jī)x,硬件組成包括FPGA、高速DAC以及電壓比較器等部分。其系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1相位測(cè)量?jī)x硬件結(jié)構(gòu)圖
該測(cè)量?jī)x由按鍵來(lái)預(yù)置正弦波的頻率及相位。通過(guò)FPGA內(nèi)部的控制模塊來(lái)計(jì)算并產(chǎn)生正弦波所需的頻率控制字和相位控制字,然后將控制字輸入DDS模塊以產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)輸出,經(jīng)10位高速DACTHS5651輸出兩路正弦波。在測(cè)相位差時(shí),將圖1中移相正弦波輸出分為兩路,其中一路直接經(jīng)電壓比較器LM311整形后輸入測(cè)相模塊;另外一路先通過(guò)被測(cè)電路,然后再經(jīng)電壓比較器整形后輸入測(cè)相模塊,從而得到正弦波經(jīng)被測(cè)電路后產(chǎn)生的相移。
基于FPGA的硬件電路設(shè)計(jì)
DDS移相信號(hào)源設(shè)計(jì)
DDS的基本原理是利用采樣定理,通過(guò)查表法產(chǎn)生波形,本系統(tǒng)的移相信號(hào)發(fā)生模塊如圖2所示。
圖2基于DDS的數(shù)字移相信號(hào)發(fā)生模塊框圖
圖2中,加法器與寄存器級(jí)聯(lián)構(gòu)成相位累加器。通過(guò)時(shí)鐘脈沖觸發(fā)相位累加器,從而將頻率控制字不斷累加。相位累加器產(chǎn)生一次溢出,就完成一次周期性的動(dòng)作,這個(gè)周期就是DDS合成信號(hào)的一個(gè)頻率周期。
用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲(chǔ)器的相位取樣地址,把存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器內(nèi)的波形抽樣值經(jīng)查找表查出,從而完成相位到幅值的轉(zhuǎn)換。然后將波形存儲(chǔ)器的輸出送到DAC,通過(guò)DAC將數(shù)字量形式的波形幅值轉(zhuǎn)換成合成頻率的模擬波形。
圖2中FWORD是10位頻率控制字;PWORD是10位相移控制字,用來(lái)控制正弦信號(hào)輸出的相移量;SINROM用來(lái)存放正弦波數(shù)據(jù),有10位數(shù)據(jù)線和10位地址線。其中數(shù)據(jù)文件是MIF文件(數(shù)據(jù)深度1024,數(shù)據(jù)類型為10進(jìn)制數(shù)),可由Matlab生成,存放數(shù)據(jù)的單元采用定制ROM的方法生成;POUT和FOUT都為10位輸出,分別和兩個(gè)高速DACTHS5651相連。
控制模塊的生成
在產(chǎn)生波形的過(guò)程中,DDS模塊所需的頻率和相位控制字由在FPGA內(nèi)部編寫(xiě)的控制模塊來(lái)給定??刂颇K的頂層原理框圖如圖3所示。
圖3控制模塊頂層原理框圖
評(píng)論