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          以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案详解

          2018年07月14日 09:46 次阅读

          频率合成主要有三种方法:直接模拟合成法、锁相环合成法和直接数字合成法(Direct Digital Frequency Synthesis,一般简称DDS)。直接模拟合成法利用倍频、分频、混频及滤波,从单一或几个参考频率中产生多个所需的频率。该方法频率转换时间短,但是体积大、功耗大,目前已基本不被采用。锁相环合成法通过锁相环完成频率的加、减、乘、除运算。该方法结构简化、便于集成,且频谱纯度高,目前使用比较广泛,但存在高分辨率和快转换速度之间的矛盾,一般只能用于大步进频率合成技术中。DDS 是近年来迅速发展起来的一种新的频率合成方法。该方法与前两种方法相比,这种方法简单可靠、控制方便,且具有很高的频率分辨率和转换速度,可以实现可编程和全数字化,控制灵活方便,并具有极高的性价比。

          目前虽然有很多专用DDS 芯片,但控制方式却是固定的,在某些场合,专用的DDS 芯片在控制方式、置频速率等方面与系统的要求差距很大,不一定是我们所需要的。而用高性能的FPGA 器件设计符合自己需要的DDS 电路是一个很好的方法。可编程逻辑器件以其速度高、规模大、可编程,以及有强大EDA软件支持等特性,十分适合实现DDS 技术。

          DDS 的原理框图如图1,控制电路按照一定的地址关系从存储器中读取数据,进行数摸转换,就可以得到一定频率的输出波形,再通过滤波器对输出波形进行平滑处理。

          图1 DDS 原理框图

          基于FPGA 的DDS 控制电路的实现有采用相位累加和比例乘法器两种方案,下面将分别介绍。

          二.采用相位累加控制实现DDS

          1.工作原理

          电路如图2 所示,相位累加器由N位加法器与N位相位寄存器级联构成,类似于一个简单的加法器。每来一个时钟脉冲fclk,加法器就将频率控制字M 与相位寄存器输出的累加相位数据相加,然后把相加后的结果送至相位寄存器输入端。相位寄存器在下一个时钟的作用下就将加法器在上一个时钟作用后产生的新相位数据反馈到加法器的输入端,以使加法器继续将相位数据与频率控制字M 相加。频率控制字M 由累加器累加以得到相应的这个相位数据将作为取样地址值送入的波形存储器,波形存储器根据这个地址输出相应的波形数据。最后经D/A 转换器和低通滤波器将波形数据转换成所需要的模拟波形。

          以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案详解

          图2 相位累加器

          当相位累加器累加满量时,就会产生一次溢出,完成一个周期性的动作,这个周期就是合成信号的一个周期,累加器的溢出频率也就是DDS 的合成信号频率。

          根据以上原理,输出信号频率与累加器时钟fclk, 累加器位数N,相位增量M 的关系为f0=(fclk, • M )/ 2N 。其中:采样点为2N/M,若fclk,一定,f0 越高,采样点数越少;最小步进为fclk/2N,达到最小步进值时,采样点数最多。设计中根据所要求的最高频率和最少采样点数可确定需要的fclk;根据最小步进和fclk,可确定N 的位数;根据最高输出频率和最小步进可确定M 的位数。

          2.设计实现

          如要求设计产生频率范围为0HZ~~160KHZ,频率的最小步进为5HZ 的信号。

          根据公式可计算出fclk、N、和M 。f0 若达到160KHZ,采样点数达64 点,则累加器时钟fclk 为不小于10.24MHZ;为实现5HZ 的步进,此时采样点数最多,有 5= fclk / 2N ,得到N=21,即累加器为21 位;最终输出频率与相位增量M 的关系为f0 =5M,由于最高达到160KHZ,则M≥160000/5=32000,而215=32768,所以选择相位增量的位数为15 位。相位累加器XWLJ 采用VHDL 设计,其高九位给波形存储器作为地址,根据以上要求的VHDL 设计,编译成功后自动生成的逻辑符号如图3 所示。

          以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案详解

          图3 XWLJ 逻辑符号

          若当频率控制字为M=0100H 时,其仿真波形如图4 所示。可以看出,N 的输出高九位按设计要求实现了相位累加的功能。

          以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案详解

          图4 相位累加器仿真波形

          三.采用比例乘法器控制实现DDS

          1.比例乘法器工作原理

          根据硬件比例乘法器(CC14527)的原理,我们对其进行VHDL 设计实现。其完成的功能为:ST为片选信号,当ST 有效时,在CLK 每十个脉冲中输出端Q 将输出DATA[3..0](0~9)个脉冲,同时在CLK 满10 个脉冲时,C 端产生一个脉冲控制信号。在Max+plusⅡ下编译成功后自动生成的逻辑符号MUL 如图5 所示。其仿真波形如图6,可以看出,当data 为4,在clk 十个脉冲中, q 输出4 个脉冲,在CLK 满10 个脉冲时,C 端产生一个脉冲控制信号,完全实现了比例乘法器功能。

          以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案详解

          图5 比例乘法器的逻辑符号

          以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案详解

          图6 比例乘法器仿真波形

          2 设计实现

          在两个比例乘法器级联时,令高位输入数据q0,低位输入数据q1,在每10 个脉冲中高位输出q0个脉冲,同时高位C 端禁止低位CLK 进入,当高位满10 个脉冲后高位C 端允许低位CLK 进入1 个脉冲,这样在100 个脉冲中整体上将输出10q0+q1 个脉冲。于是在n 级级联后,若输入频率为f,则输出脉冲频率为[10 n-1q0+10n-2q1+…+10q(n-2)+q(n-1)]f/10n。

          在Max+plusⅡ软件环境下,对上面采用VHDL 语言已经实现的比例乘法器模块MUL,采用6 级级联产生DDS 控制电路顶层图如图7 所示, 为了清楚地显示设计功能,仿真时q0 取1,q1 取2,其仿真波形如图8 所示,可以看出,在CLK 的100 个脉冲中,q 输出12 个脉冲。在给定输入下,完全实现了设计的功能。

          以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案详解

          图7 MUL 级联构成的DDS 控制电路

          以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案详解

          图8 MUL 级联构成的DDS 控制电路的仿真波形

          若在单片机的控制下,FPGA 接收单片机传送过来的用户要求的波形数据,及其频率数据,并送到FPGA 以产生所需要的输出频率值。若时钟信号为16MHz 时,则产生的频率为实际所置频率的16 倍。在用户给定某一频率后,通过单片机将其乘8 后再送给FPGA,乘法器再将其扩大16 倍,得到用户预置频率128 倍频,故可以对波形的采样点达128 个,提高波形准确度,很容易实现低值的频率步进,步进可以降低到1Hz。

          3. 结论

          实践证明,通过FPGA 实现的DDS 控制电路与其它的控制芯片如单片机等相结合,可以准确、灵活和方便地实现任意信号发生电路的设计。 以上两种控制方案,只要累加器位数和比例乘法器级联足够多,就可以实现频率的步进小,产生的频率信号准确,稳定性好,频率的分辨率高,频率转换快,容易控制。FPGA 的功能完全取决于设计需求,具有相当大的灵活性,比购买专用DDS 芯片具有很高的性价比。基于FPGA 的DDS 控制技术,将在现代化电子系统和仪器仪表工业等领域广泛应用。

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          发表于 2018-07-06 09:00 58次阅读
          AM调制的FPGA实现原理和步骤

          如何看待Lattice并购案,根据3大点来看我国...

          FPGA作为通信、航天、军工等领域的关键核心器件,是保障国家战略安全的重要支撑基础。近年来,随着数字...

          发表于 2018-07-06 08:47 1208次阅读
          如何看待Lattice并购案,根据3大点来看我国...

          “FPGA+云"如何提高性能计算“FPGA+云"...

          我知道,我对与电子有关的所有事情都很着迷,但不论从哪个角度看,今天的现场可编程门阵列(FPGA),都...

          发表于 2018-07-06 08:42 996次阅读
          “FPGA+云"如何提高性能计算“FPGA+云"...

          基于FPGA加速vBRAS解决方案,三家公司联合...

          据称,本次三家联合发布的解决方案是业界首个在电信云中采用FPGA完成商用级vBRAS数据面调度加速的...

          发表于 2018-07-06 08:30 78次阅读
          基于FPGA加速vBRAS解决方案,三家公司联合...

          数据传输差异的处理

          由于数据传输的差异,测试pattern生成的眼图并不一定会是从一个完整的眼图起始。因此,如果采用第一...

          发表于 2018-07-05 15:25 203次阅读
          数据传输差异的处理

          FPGA的电源电压种类,你知道多少?

          在硬件电路设计中,每一个IC芯片都有相应的电源端口对其供电,以驱动IC进行工作。对于普通的IC芯片,...

          发表于 2018-07-05 08:33 127次阅读
          FPGA的电源电压种类,你知道多少?

          关于FPGA的几点问题,你了解吗?

          因此,要想学好FPGA,你得用硬件的思维方式来编写代码,注重FPGA的系统结构设计,好的系统结构设计...

          发表于 2018-07-04 14:12 82次阅读
          关于FPGA的几点问题,你了解吗?

          Zynq、FPGA等相关芯片可以运用到那些领域

          因为Zynq-7000 PS(Processing System)端嵌入了Cortex-A9 ARM...

          发表于 2018-07-04 14:12 74次阅读
          Zynq、FPGA等相关芯片可以运用到那些领域

          Xilinx品牌FPGA使用的三种证书

          JESD204B协议是目前高速AD,DA通用的协议。对于基带使用FPGA用户来说,Xilinx品牌的...

          发表于 2018-07-04 10:12 60次阅读
          Xilinx品牌FPGA使用的三种证书

          乘法器的使用方法你知道哪些?

          在做项目的过程中,经常遇到乘法计算,乘法器的设计就尤为重要。乘法器决定了最终电路功能能否实现,资源使...

          发表于 2018-07-04 09:41 315次阅读
          乘法器的使用方法你知道哪些?

          关于基于Profibus-DP总线的位移传感器设...

          测量技术是现代工业生产和科学研究中必不可少的一项技术,其中基于磁致伸缩效应的位移测量技术因其稳定性好...

          发表于 2018-07-03 14:06 342次阅读
          关于基于Profibus-DP总线的位移传感器设...

          FPGA在自动驾驶车内部发挥的重要作用详细资料概...

          虽然每个人都希望宣示ASIC的所有权,但大部份最先进的处理都是以FPGA完成的,它让用户有机会在高效...

          发表于 2018-07-03 10:34 943次阅读
          FPGA在自动驾驶车内部发挥的重要作用详细资料概...

          使用Xilinx Vivado设计套件创建一个...

          Xilinx以制造 可编程门阵列(FPGA)而闻名,它是基于一个通过可编程接点连接的可配置逻辑块(C...

          发表于 2018-07-03 10:19 101次阅读
           使用Xilinx Vivado设计套件创建一个...

          基于FPGA的Cordic算法实现的设计与验证

          本文是基于FPGA实现Cordic算法的设计与验证,使用Verilog HDL设计,初步可实现正弦、...

          发表于 2018-07-03 10:18 71次阅读
          基于FPGA的Cordic算法实现的设计与验证

          基于FPGA +AD7609的数据采集系统的实现...

          随着信息技术的发展,特别是各种数字处理器处理速度的提高,人们对数据采集系统的要求越来越高,特别是在一...

          发表于 2018-07-03 09:01 156次阅读
          基于FPGA +AD7609的数据采集系统的实现...

          数字图像水印的FPGA实现步骤

          未加水印的图像表示为f水印表示为w,常数a控制水印和衬底图像的相对可见性。如果a为1,则水印是不透明...

          发表于 2018-07-03 08:22 77次阅读
          数字图像水印的FPGA实现步骤

          Xilinx Zynq-7000系列:基于ARM...

          该委员会专门设计用于与来自锡林克斯的PYNQ项目合作,并使用Python语言和库,设计师可以创建高性...

          发表于 2018-07-03 08:17 106次阅读
          Xilinx Zynq-7000系列:基于ARM...

          清华大学魏少军教授:从IA到AI,我们还要走多远

          清华大学魏少军教授指出,未来10年,人工智能和深度学习将成为提升硅片需求的主导因素。到2025年,人...

          发表于 2018-07-02 18:10 1021次阅读
          清华大学魏少军教授:从IA到AI,我们还要走多远

          新思科技公司宣布集成化混合原型验证解决方案

          通过对新设计的功能使用Virtualizer虚拟原型技术和对重用逻辑使用基于FPGA的HAPS原型技...

          发表于 2018-07-02 11:50 79次阅读
          新思科技公司宣布集成化混合原型验证解决方案

          “万能芯片”FPGA在深度学习领域的用法

          而众所周知,在专用芯片与通用芯片中间,还有一个更为灵活,也更为神秘的领域:FPGA。无论是英特尔天价...

          发表于 2018-07-02 07:59 291次阅读
          “万能芯片”FPGA在深度学习领域的用法

          Xilinx Spartan-6系列封装概述和管...

           Spartan-6系列具有低成本、省空间的封装形式,能使用户引脚密度最大化。所有Spartan-6...

          发表于 2018-07-01 10:48 97次阅读
          Xilinx Spartan-6系列封装概述和管...

          FPGA简单门电路怎么实现?

          verilog实现反相器,2输入与门、2输入或门、2输入与非门、2输入或非门、2输入异或门、2输入同...

          发表于 2018-07-01 10:28 118次阅读
          FPGA简单门电路怎么实现?

          关于基于FPGA和ARM的虚拟软盘实现

          随着硬件技术的进步,软盘逐渐被新的存储介质代替。但部分旧设备(比如织布机等)并不支持这些更快、容量更...

          发表于 2018-06-29 14:26 357次阅读
          关于基于FPGA和ARM的虚拟软盘实现

          关于基于FPGA的HDMI多模式显示模块的设计

          随着社会信息化程度的不断提高,人们对视频处理的要求越来越高,视频处理系统处理的数据量也越来越大。在嵌...

          发表于 2018-06-29 14:13 392次阅读
          关于基于FPGA的HDMI多模式显示模块的设计

          关于基于FPGA的多模式数字匹配滤波器的设计与实...

          数字匹配滤波器是直接序列扩频通信系统中的关键部件,可以通过编程实现接收端同步和解扩,提高通信系统数字...

          发表于 2018-06-29 14:12 339次阅读
          关于基于FPGA的多模式数字匹配滤波器的设计与实...

          关于基于DDS技术的杂散抑制和正弦信号源的实现

          在设备检测和电子测量技术中,常常需要一个高精度、频率可变的信号源,信号源的稳定往往关系到这些系统工作...

          发表于 2018-06-29 14:00 169次阅读
          关于基于DDS技术的杂散抑制和正弦信号源的实现

          RAM分为简单双口RAM和真双口RAM

          真双口RAM给设计带来很多便利。在高速存储中,需要对连续的数据同时处理,使用简单双口RAM只能读取一...

          发表于 2018-06-29 08:54 1077次阅读
          RAM分为简单双口RAM和真双口RAM

          Windows应用程序,操作系统,计算机硬件之间...

          前面说过操作系统能很好的去操作底层硬件,但是不知道什么时候去操作和操作到了什么程度,这些都是由应用程...

          发表于 2018-06-29 08:49 441次阅读
          Windows应用程序,操作系统,计算机硬件之间...

          LT3070:为FPGA和服务器应用设计的稳压...

          采用低电压运作的新式 FPGA 和服务器对于细微的电源电压下降很敏感。这种压降可能是以下因素综合作用...

          发表于 2018-06-28 12:13 301次阅读
           LT3070:为FPGA和服务器应用设计的稳压...

          关于基于FPGA的可消除高频非线性的动态分频鉴相...

          鉴相技术是电力电子系统和测试控制中的关键技术之一,在仪器仪表、通信、导航定位、研究网络相频特性和锁相...

          发表于 2018-06-28 11:53 388次阅读
          关于基于FPGA的可消除高频非线性的动态分频鉴相...

          基于Xilinx 16nm Virtex Ult...

          基于Xilinx 16nm Virtex UltraScale+ 器件VU9P的异构计算实例F3在阿...

          发表于 2018-06-28 09:57 730次阅读
          基于Xilinx 16nm Virtex Ult...

          基于FPGA的图像加速解决方案

          百度云云市场从产品、技术、客户资源等多渠道,开放资源与能力,引入第三方合作伙伴,与合作伙伴深度合作,...

          发表于 2018-06-28 09:51 1134次阅读
          基于FPGA的图像加速解决方案

          关于 LTM4643 的特性介绍与应用

          LTM4643 是一款四输出降压型 μModule® (电源模块) 稳压器,该器件可配置为单输出 (...

          发表于 2018-06-28 04:14 541次阅读
          关于 LTM4643 的特性介绍与应用

          FPGA系统中三种方式减少亚稳态的产生

          在FPGA系统中,如果数据传输中不满足触发器的Tsu和Th不满足,或者复位过程中复位信号的释放相对于...

          发表于 2018-06-27 10:11 133次阅读
          FPGA系统中三种方式减少亚稳态的产生

          FPGA设计的“三个代表”:Ultrafastd...

          UFDM建议正确的HDL coding风格来满足目标器件,讨论时序约束和时序收敛。正确的IO约束,I...

          发表于 2018-06-27 09:50 81次阅读
          FPGA设计的“三个代表”:Ultrafastd...

          便携式GNSS导航信号采集回放系统,可编写针对K...

          该系统的监控端采用了基于CortexA8系列的ARM处理器,该处理器同时兼顾了成本与性能的要求,可设...

          发表于 2018-06-27 09:15 95次阅读
          便携式GNSS导航信号采集回放系统,可编写针对K...

          关于FPGA的功耗评估需要知道些什么

          项目设计初期会选型,工程师根据资源、IO、硬核、IP等选择对应型号的FPGA。功耗部分xilinx提...

          发表于 2018-06-27 09:05 81次阅读
          关于FPGA的功耗评估需要知道些什么

          新一代SoC FPGA提供系统可信根,防止关键数...

          物联网(IoT)的规模和复杂性不断上升,对主动的强化安全措施的需求日益增加。仅利用软件安全功能已经不...

          发表于 2018-06-27 08:31 96次阅读
          新一代SoC FPGA提供系统可信根,防止关键数...

          关于嵌入式FPGA的内容详解

          换句话说,eFPGA是一种数字可重构结构,由可编程互连中的可编程逻辑组成,通常表现为矩形阵列,数据...

          发表于 2018-06-25 17:51 181次阅读
          关于嵌入式FPGA的内容详解

          FPGA需要跑多快?影响FPGA计算性能的几大因...

          我们写软件程序的时候,习惯了给函数很多参数作为条件,根据参数内容执行函数的操作。FPGA做计算就不希...

          发表于 2018-06-25 16:46 591次阅读
          FPGA需要跑多快?影响FPGA计算性能的几大因...

          为什么使用FPGA?FPGA为什么比GPU的延迟...

          计算密集型任务的例子包括矩阵运算、图像处理、机器学习、压缩、非对称加密、Bing 搜索的排序等。这类...

          发表于 2018-06-25 16:02 627次阅读
          为什么使用FPGA?FPGA为什么比GPU的延迟...

          关于基于4通道时间交织的FPGA高速采样系统的设...

          高性能的模数转换器(Analog Digital Converter,ADC)被广泛应用于通信、仪器...

          发表于 2018-06-25 11:45 464次阅读
          关于基于4通道时间交织的FPGA高速采样系统的设...

          关于光电扫描测量网络信号采集模块的设计

          基于光电扫描的坐标定位系统是近年来新兴的一种坐标测量方法,具有精确度高、不易受周围环境干扰等优点,因...

          发表于 2018-06-25 11:35 385次阅读
          关于光电扫描测量网络信号采集模块的设计

          关于带通采样星载AIS非相干接收机的FPGA实现

          AIS系统是一种船舶交通信息交换系统,船载AIS设备不断发送自身信息,如航向、吨位等,用以领航调度、...

          发表于 2018-06-25 11:13 385次阅读
          关于带通采样星载AIS非相干接收机的FPGA实现

          FPGA约束的详细介绍

          介绍FPGA约束原理,理解约束的目的为设计服务,是为了保证设计满足时序要求,指导FPGA工具进行综合...

          发表于 2018-06-25 09:14 150次阅读
          FPGA约束的详细介绍

          FPGA资源怎么平民化?阿里云的新改造

          FPGA (现场可编程门阵列)由于其硬件并行加速能力和可编程特性,在传统通信领域和IC设计领域大放异...

          发表于 2018-06-23 09:44 119次阅读
          FPGA资源怎么平民化?阿里云的新改造

          FPGA中的冒险现象和如何处理毛刺

          通过改变设计,破坏毛刺产生的条件,来减少毛刺的发生。例如,在数字电路设计中,常常采用格雷码计数器取代...

          发表于 2018-06-23 08:49 127次阅读
          FPGA中的冒险现象和如何处理毛刺

          面向数据包处理的Xilinx智能解决方案

          在开放式协作服务爆炸性增长以及移动和社交网络不断发展的推动下,结合智能设备的普及以及不同服务供应商和...

          发表于 2018-06-22 15:13 99次阅读
          面向数据包处理的Xilinx智能解决方案

          NGcodec谈FPGA编码在HEVC和AV1上...

          随着HEVC、AV1等更复杂算法的Codec份额逐步增长,实现高质量视频编解码需要硬件支持,软件的方...

          发表于 2018-06-22 15:01 113次阅读
          NGcodec谈FPGA编码在HEVC和AV1上...

          关于基于分数低阶协方差谱的频谱感知算法研究及其F...

          长期以来,传统的频谱管理与划分采用静态频谱分配方式[1],导致无线频谱利用率低下,同时研究发现,即使...

          发表于 2018-06-22 14:58 488次阅读
          关于基于分数低阶协方差谱的频谱感知算法研究及其F...

          Xilinx FPGA对数字信号处理的性能

          Xilinx FPGA 可提供卓越的数字信号处理 (DSP) 性能,能够满足音频处理、接口、压缩、嵌...

          发表于 2018-06-22 14:57 93次阅读
          Xilinx FPGA对数字信号处理的性能

          关于基于分段多项式近似的DDFS研究及FPGA实...

          感应式磁力仪基于法拉第电磁感应原理,用于探测近地空间的低频交变磁场[1],它通常自带标准信号源,用于...

          发表于 2018-06-22 14:55 371次阅读
          关于基于分段多项式近似的DDFS研究及FPGA实...

          分布式算法是一项重要的FPGA技术

          式中:xb(n) 表示第n个数据的第b位。由于x(n)为有限位数据,且xb(n)的取值为[0,1],...

          发表于 2018-06-22 14:53 534次阅读
          分布式算法是一项重要的FPGA技术

          获得高校、专家一致认可的小脚丫FPGA开发板到底...

          背景 微控制器作为目前嵌入式系统设计的主力军在各行各业得到了广泛的应用,但随着物联网、智能硬件、VR...

          发表于 2018-06-22 11:35 114次阅读
          获得高校、专家一致认可的小脚丫FPGA开发板到底...