基于基于FPGA的双路低频信号发生及分析仪的双路低频信号发生及分析仪
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。
l 引言引言
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 硬件电路板设计硬件电路板设计
3.1 FPGA核心板设计核心板设计
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3.3V和2.5V电压。板上采用40MHz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。