FPGA實(shí)現(xiàn)的任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)

下面介紹超進(jìn)位流水線累加器的構(gòu)成，比較流水線累加器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和超前進(jìn)位加法器的32位相位累加器的結(jié)構(gòu)圖，可以看出兩個(gè)圖的區(qū)別，經(jīng)過編譯以后的報(bào)告如圖8所示，可以看出經(jīng)過改進(jìn)后，編譯的最大工作頻率提高到了336．7 MHz。比單純的流水線累加器提高了將近20 MHz。
圖9是其時(shí)序仿真圖，從圖上可以看出，其值完全和功能仿真一致。
1．3 雙口RAM設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)波形存取電路時(shí)，首先應(yīng)確定波形RAM的深度和字長。波形RAM的深度和字長與很多因素有關(guān)系。存儲(chǔ)器內(nèi)部存儲(chǔ)的是一個(gè)或N個(gè)整周期的標(biāo)準(zhǔn)波形數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器容量越大，存儲(chǔ)的被采樣波形點(diǎn)數(shù)就越多，采樣效果就越好。存儲(chǔ)器的讀取速度是產(chǎn)生高頻波形的重要保證，讀取速度必須滿足相位累加器的累加速度，這樣才能保證直接數(shù)字合成過程的正常進(jìn)行。同時(shí)，為了保證整個(gè)速度的同步性，選用一種同步RAM也是很必要的。
首先要確定波形RAM的深度和字長，由于任意波形發(fā)生器設(shè)計(jì)中選擇的DAC的字長是12位，很明顯波形RAM的字長也應(yīng)該是12位；由于選擇的地址線位數(shù)為12位(即相位累加器輸出的高12位)，尋址空間為4 K(4 096)個(gè)單元，即RAM存儲(chǔ)空間應(yīng)為4 096x12 bit=49 152 bits，由于本設(shè)計(jì)所選擇的FPGA內(nèi)部RAM最大可配置為119 808 bits，完全可以滿足49 152 bits的RAM空間設(shè)計(jì)。所以波形RAM設(shè)計(jì)為字長12位，地址線12位。針對任意波形發(fā)生器與普通DDS的不同，波形RAM的設(shè)計(jì)主要要求RAM具有讀寫兩個(gè)端口，這樣可以通過兩套地址系統(tǒng)，方便地進(jìn)行RAM內(nèi)容更新，即對RAM的寫操作；波形幅度量化數(shù)據(jù)的輸出，即對RAM的讀操作。結(jié)合ALTERA公司FPGA的特點(diǎn)，選擇了EP2C5F256C6這個(gè)芯片內(nèi)部的雙口RAM來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，如圖lO所示。

芯片內(nèi)部的雙口RAM具有讀地址和寫地址兩組地址線，數(shù)據(jù)線也分成了讀數(shù)據(jù)線和寫數(shù)據(jù)線兩組。這樣波形RAM的設(shè)計(jì)就非常簡單了，將寫數(shù)據(jù)線、寫地址線和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線、地址線相連，用單片機(jī)更新RAM中的數(shù)據(jù)；將讀地址線和讀數(shù)據(jù)線分別與相位累加器的輸出和DAC的數(shù)據(jù)輸入相連，讀數(shù)據(jù)線上即輸出了波形幅度量化數(shù)據(jù)。

2 結(jié)束語
本文詳細(xì)闡述了產(chǎn)生任意波形數(shù)據(jù)和基于FPGA的硬件設(shè)計(jì)部分，以QuartusⅡ8．O軟件平臺(tái)作為開發(fā)工具，選用CycloneII系列的EP2C5-F256C6 FPGA芯片實(shí)現(xiàn)DDS結(jié)構(gòu)中的數(shù)字部分，其中相位累加器是DDS的核心部件，重點(diǎn)闡述了相位累加器部分的設(shè)計(jì)，采用8級流水線結(jié)構(gòu)借助前5級的超前進(jìn)位模塊，編譯的最高工作頻率，由317．97 MHz提高到336．7 MHz，采用此種設(shè)計(jì)方法，節(jié)約了成本，縮短了開發(fā)周期，具有可行性。