Altera FPGA芯片的封裝尺寸選擇指南
上傳時間： 2013-06-04
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文章開篇提出了開發(fā)背景。認(rèn)為現(xiàn)在所廣泛應(yīng)用的開關(guān)電源都是基于傳統(tǒng)的分立元件組成的。它的特點是頻率范圍窄、電力小、功能少、器件多、成本較高、精度低，對不同的客戶要求來“量身定做”不同的產(chǎn)品，同時幾乎沒有通用性和可移植性。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，這種傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源已經(jīng)很難跟上時代的發(fā)展步伐。 隨著DSP、ASIC等電子器件的小型化、高速化，開關(guān)電源的控制部分正在向數(shù)字化方向發(fā)展。由于數(shù)字化，使開關(guān)電源的控制部分的智能化、零件的共通化、電源的動作狀態(tài)的遠(yuǎn)距離監(jiān)測成為了可能，同時由于它的智能化、零件的共通化使得它能夠靈活地應(yīng)對不同客戶的需求，這就降低了開發(fā)周期和成本。依靠現(xiàn)代數(shù)字化控制和數(shù)字信號處理新技術(shù)，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。 在數(shù)字化領(lǐng)域的今天，最后一個沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域。近年來，數(shù)字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。雖然目前中國制造的開關(guān)電源占了世界市場的80％以上，但都是傳統(tǒng)的比較低端的模擬電源。高端市場上幾乎沒有我們份額。 本論文研究的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)開關(guān)電源模擬調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，提出了一種新的數(shù)字化調(diào)節(jié)器方案，即基于DSP和FPGA的數(shù)字化PID調(diào)節(jié)器。論文對系統(tǒng)方案和電路進(jìn)行了較為具體的設(shè)計，并通過測試取得了預(yù)期結(jié)果。測試證明該方案能夠適合本行業(yè)時代發(fā)展的步伐，使系統(tǒng)電路更簡單，精度更高，通用性更強。同時該方案也可用于相關(guān)領(lǐng)域。 本文首先分析了國內(nèi)外開關(guān)電源發(fā)展的現(xiàn)狀，以及研究數(shù)字化開關(guān)電源的意義。然后提出了數(shù)字化開關(guān)電源的總體設(shè)計框圖和實現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)的開關(guān)電源做了較為詳細(xì)的比較。本論文的設(shè)計方案是采用DSP技術(shù)和FPGA技術(shù)來做數(shù)字化PID調(diào)節(jié)，通過數(shù)字化PID算法產(chǎn)生PWM波來控制斬波器，控制主回路。從而取代傳統(tǒng)的模擬PID調(diào)節(jié)器，使電路更簡單，精度更高，通用性更強。傳統(tǒng)的模擬開關(guān)電源是將電流電壓反饋信號做PID調(diào)節(jié)后--分立元器件構(gòu)成，采用專用脈寬調(diào)制芯片實現(xiàn)PWM控制。電流反饋信號來自主回路的電流取樣，電壓反饋信號來自主回路的電壓采樣。再將這兩個信號分別送至電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的反相輸入端，用來實現(xiàn)閉環(huán)控制。同時用來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性及實現(xiàn)系統(tǒng)的過流過壓保護(hù)、電流和電壓值的顯示。電壓、電流的給定信號則由單片機或電位器提供。再次，文章對各個模塊從理論和實際的上都做了仔細(xì)的分析和設(shè)計，并給出了具體的電路圖，同時寫出了軟件流程圖以及設(shè)計中應(yīng)該注意的地方。整個系統(tǒng)由DSP板和ADC板組成。DSP板完成PWM生成、PID運算、環(huán)境開關(guān)量檢測、環(huán)境開關(guān)量生成以及本地控制。ADC板主要完成前饋電壓信號采集、負(fù)載電壓信號采集、負(fù)載電流信號采集、以及對信號的一階數(shù)字低通濾波。由于整個系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求采樣速率相當(dāng)高。本系統(tǒng)采用FPGA來控制ADC，這樣就避免了高速采樣占用系統(tǒng)資源的問題，減輕了DSP的負(fù)擔(dān)。DSP可以將讀到的ADC信號做PID調(diào)節(jié)，從而產(chǎn)生PWM波來控制逆變橋的開關(guān)速率，從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。 最后，對數(shù)字化開關(guān)電源和模擬開關(guān)電源做了對比測試，得出了預(yù)期結(jié)論。同時也提出了一些需要改進(jìn)的地方，認(rèn)為該方案在其他相關(guān)行業(yè)中可以廣泛地應(yīng)用。模擬控制電路因為使用許多零件而需要很大空間，這些零件的參數(shù)值還會隨著使用時間、溫度和其它環(huán)境條件的改變而變動并對系統(tǒng)穩(wěn)定性和響應(yīng)能力造成負(fù)面影響。數(shù)字電源則剛好相反，同時數(shù)字控制還能讓硬件頻繁重復(fù)使用、加快上市時間以及減少開發(fā)成本與風(fēng)險。在當(dāng)前對產(chǎn)品要求體積小、智能化、共通化、精度高和穩(wěn)定度好等前提條件下，數(shù)字化開關(guān)電源有著廣闊的發(fā)展空間。本系統(tǒng)來基本上達(dá)到了設(shè)計要求。能夠滿足較高精度的設(shè)計要求。但對于高精度數(shù)字化電源，系統(tǒng)還有值得改進(jìn)的地方，比如改進(jìn)主控器，提高參考電壓的精度，提高采樣器件的精度等，都可以提高系統(tǒng)的精度。 本系統(tǒng)涉及電子、通信和測控等技術(shù)領(lǐng)域，將數(shù)字PID算法與電力電子技術(shù)、通信技術(shù)等有機地結(jié)合了起來。本系統(tǒng)的設(shè)計方案不僅可以用在電源控制器上，只要是相關(guān)的領(lǐng)域都可以采用。
標(biāo)簽： FPGA DSP 數(shù)字化 開關(guān)電源
上傳時間： 2013-06-21
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現(xiàn)代IC設(shè)計中，隨著設(shè)計規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜度的增長，驗證成為最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)之一。在現(xiàn)代ASIC設(shè)計中，很難用單一的驗證方法來對復(fù)雜芯片進(jìn)行有效的驗證，為了將設(shè)計錯誤減少到可接受的最小量，需要將一系列的驗證方法和工具結(jié)合起來。 在64位全定制嵌入式CPU設(shè)計過程中，使用了多種驗證技術(shù)和方法，并將FPGA驗證作為ASIC驗證的重要補充，加強了設(shè)計正確的可靠性。 論文首先介紹了64位CPU的結(jié)構(gòu)，結(jié)合選用的Xilinx的Virtex
上傳時間： 2013-04-24
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頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域。目前，常用的頻率合成技術(shù)有直接式頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)。DDS系統(tǒng)可以很方便地獲得頻率分辨率很精細(xì)且相位連續(xù)的信號，也可以通過改變相位字改變信號的相位，因此也廣泛用于數(shù)字通信領(lǐng)域。 本論文是利用FPGA完成一個DDS系統(tǒng)。DDS是把一系列數(shù)字量形式的信號通過D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其他任意波形)。一個典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括：相位累加器，可在時鐘的控制下完成相位的累加(一般由ROM實現(xiàn))；DA轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號。 本文根據(jù)設(shè)計指標(biāo)，進(jìn)行了DDS系統(tǒng)分析和設(shè)計，包括DDS系統(tǒng)框圖的設(shè)計，相位控制字和頻率控字的設(shè)計，以及軟件和硬件設(shè)計，重點在于利用FPGA改進(jìn)設(shè)計，包括控制系統(tǒng)(頻率控制器和初始相位控制器)，尋址系統(tǒng)(相位累加器和數(shù)據(jù)存儲器)，以及轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(D/A轉(zhuǎn)換器和濾波器)的設(shè)計。介紹了利用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)實現(xiàn)數(shù)控振蕩器(DNO，即DDS)的原理、電路結(jié)構(gòu)，重點介紹了DDS技術(shù)在FPGA中的實現(xiàn)方法，給出了采用ALTERA公司的FIEX1OK系列FPGA芯片EPF10K20TC144-4芯片進(jìn)行直接數(shù)字頻率合成的VHDL源程序。
上傳時間： 2013-04-24
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頻率合成技術(shù)廣泛應(yīng)用于通信、航空航天、儀器儀表等領(lǐng)域，目前，常用的頻率合成技術(shù)有直接頻率合成、鎖相頻率合成和直接數(shù)字頻率合成(DDS)等。其中DDS是一種新的頻率合成方法，是頻率合成的一次革命。全數(shù)字化的DDS技術(shù)由于具有頻率分辨率高、頻率切換速度快、相位噪聲低和頻率穩(wěn)定度高等優(yōu)點而成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。隨著數(shù)字集成電路、微電子技術(shù)和EDA技術(shù)的深入研究，DDS技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 DDS是把一系列數(shù)字量化形式的信號通過D/A轉(zhuǎn)換形成模擬量形式的信號的合成技術(shù)。主要是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波(或其它任意波形)。一個典型的DDS系統(tǒng)應(yīng)包括以下三個部分：相位累加器可以時鐘的控制下完成相位的累加；相位一幅度碼轉(zhuǎn)換電路一般由ROM實現(xiàn)；D/A轉(zhuǎn)換電路，將數(shù)字形式的幅度碼轉(zhuǎn)換成模擬信號。 現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)設(shè)計靈活、速度快，在數(shù)字專用集成電路的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。本論文主要討論了如何利用FPGA來實現(xiàn)一個DDS系統(tǒng)，該DDS系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是以FPGA為核心實現(xiàn)的，使用Altera公司的Cyclone系列FPGA。 文章首先介紹了頻率合成器的發(fā)展，闡述了基于FPGA實現(xiàn)DDS技術(shù)的意義；然后介紹了DDS的基本理論；接著介紹了FPGA的基礎(chǔ)知識如結(jié)構(gòu)特點、開發(fā)流程、使用工具等；隨后介紹了利用FPGA實現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成(DDS)的原理、電路結(jié)構(gòu)、優(yōu)化方法等。重點介紹DDS技術(shù)在FPGA中的實現(xiàn)方法，給出了部分VHDL源程序。采用該方法設(shè)計的DDS系統(tǒng)可以很容易地嵌入到其他系統(tǒng)中而不用外接專用DDS芯片，具有高性能、高性價比，電路結(jié)構(gòu)簡單等特點；接著對輸出信號頻譜進(jìn)行了分析，特別是對信號的相位截斷誤差和幅度量化誤差進(jìn)行了詳細(xì)的討論，由此得出了改善系統(tǒng)性能的幾種方法；最后給出硬件實物照片和測試結(jié)果，并對此作了一定的分析。
上傳時間： 2013-04-24
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擴(kuò)頻通信是一種性能優(yōu)異的通信方式，自其誕生之日起就受到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。本文以DS/SS接收機為基礎(chǔ)，圍繞相關(guān)的理論和技術(shù)，開展了載波跟蹤技術(shù)FPGA實現(xiàn)的研究。 論文首先綜述了課題的來源、背景和意義，闡述了DS/SS接收系統(tǒng)前端處理模塊和信號處理模塊的結(jié)構(gòu)，指出了本課題的關(guān)鍵技術(shù)。與此同時，作者在參考了大量國內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，深入研究了四相鑒頻、自動頻率跟蹤鑒頻以及反正切鑒相等載波跟蹤鑒頻、鑒相算法，并根據(jù)這些理論設(shè)計了FLL與PLL相結(jié)合的載波跟蹤策略，完成了CPAFC和Costas環(huán)路仿真和性能分析。 其次，論文對載波跟蹤環(huán)路的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計，其中包括基帶信號處理的混頻、相關(guān)和積分清洗模塊，誤差量的提取和控制模塊，以及本地載波的產(chǎn)生模塊等，并在Altera公司的Stratix系列芯片----EP1S808956C6上對每個組成模塊進(jìn)行了功能和時序上的仿真與實現(xiàn)，之后對系統(tǒng)各模塊進(jìn)行了集成，解決了系統(tǒng)實現(xiàn)的同步問題。 最后，論文對系統(tǒng)作了實驗總結(jié)與分析，包括板級驗證總結(jié)與分析、接收機載波跟蹤性能分析，以及對載波同步技術(shù)的總結(jié)和展望。
上傳時間： 2013-04-24
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伴隨著多媒體顯示和傳輸技術(shù)的發(fā)展,人們獲得了越來越高的視聽享受。從傳統(tǒng)的模擬電視,到標(biāo)清、高清、全高清。與顯示技術(shù)發(fā)展結(jié)伴而行的是顯示接口技術(shù)的發(fā)展,從模擬的AV端子,S-Video和VGA接口,到數(shù)字顯示的DVI接口,技術(shù)上經(jīng)歷了一個從模擬到數(shù)字,從并行到串行,從低速到高速的發(fā)展過程。 HDMI是最新的高清晰度多媒體接口,它的規(guī)范由Silicon Image等七家公司提出,具有帶寬大,尺寸小,傳輸距離長和支持正版保護(hù)等功能,符合當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展潮流,一經(jīng)推出,就獲得了巨大的成功。成為平板顯示器、高清電視等設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口之一,并獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。 從上世紀(jì)80年代XILINX發(fā)明第一款FPGA芯片以來,FPGA就以其體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活,運算速度快,編程方便等優(yōu)點廣泛應(yīng)用與IC設(shè)計、系統(tǒng)控制、視頻處理、通信系統(tǒng)、航空航天等諸多方面。 本文利用ALTERA的一款高端FPGA芯片EP2S180F1508C3為核心,配合Silicon Image的專用HDMI接收芯片搭建了一個HDMI的接收顯示平臺。針對HDMI帶寬寬,數(shù)據(jù)量大的特點,使用了新型的DDR2 SDRAM作為視頻信號的輸入和輸出緩沖。在硬件板級設(shè)計上,針對HDMI和DDR2的相關(guān)高速電路,采用了一系列的高速電路設(shè)計方法,有效的避免了信號的反射,串?dāng)_等不良現(xiàn)象。同時在對HDMI規(guī)范和DDR2 SDRAM時序規(guī)范的深入研究的基礎(chǔ)上,在ALTERA的開發(fā)平臺QUARTUSII上編寫了系統(tǒng)的頂層模塊和相關(guān)各功能子模塊,并仿真通過。 論文的主要工作和創(chuàng)新點表現(xiàn)在以下幾個方面： 1、論文研究了最新的HDMI接口規(guī)范和新型存儲器件DDR2的時序規(guī)范。 2、論文搭建的整個系統(tǒng)相當(dāng)龐大,涉及到相關(guān)的規(guī)范、多種芯片的資料、各種工具軟件的使用、原理圖的繪制和PCB板的布局布線,直至后期的編程仿真,花費了作者大量的時間和精力。 3、論文首次使用FPGA來處理HDMI信號且直接驅(qū)動顯示器件,區(qū)別于-般的ASIC方案。 4、論文對高速電路特別是的DDR2布局布線,采用了一系列的專門措施,具有一定的借鑒價值。
標(biāo)簽： FPGA HDMI 顯示系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-22
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對弓網(wǎng)故障的檢測在列車提速的今天顯得尤其重要，原始故障圖像數(shù)據(jù)量的巨大使實時存儲和傳輸故障圖像極其困難。JPEG作為一種低復(fù)雜度、高壓縮比的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)在多媒體、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。和相同圖像質(zhì)量的其它常用文件格式(如GIF，TIFF，PCX)相比，JPEG是目前靜態(tài)圖像中壓縮比最高的。 FPGA以其設(shè)計靈活、高速的卓越特性，逐漸成為許多應(yīng)用中首先器件，尤其是與Verilog和VHDL等語言的結(jié)合，大大變革了電子系統(tǒng)的設(shè)計方法，加速了系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)程。 本文旨在研究并實現(xiàn)一種實時采集并對特定幀進(jìn)行壓縮傳輸?shù)姆椒āＭㄟ^采用可編程邏輯器件FPGA來實現(xiàn)整個采集、顯示、壓縮和傳輸，使系統(tǒng)具有可定制、高速度等優(yōu)點。 本文首先介紹了開發(fā)硬件可編程邏輯門陣列FPGA及其開發(fā)語言Veridlog，并介紹了FPGA的設(shè)計方法及開發(fā)流程；接著介紹了PAL制視頻采集的相關(guān)知識及設(shè)計，其中主要包括基于I2C總線的模擬視頻解碼控制、視頻的數(shù)字化ITU-R BT.601標(biāo)準(zhǔn)介紹及視頻同步信號的獲取、基于SDRAM的視頻幀存儲、VGA顯示控制設(shè)計；隨后介紹了JPEG標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)故障檢測的特點，設(shè)計了針對灰度圖像壓縮的JPEG編碼器，設(shè)計中先分別對組成JPEG編碼器的二維DCT變換模塊、量化模塊、Z字掃描模塊、變換直流系數(shù)的差分脈沖編碼模塊、交流系數(shù)的游程編碼模塊、哈夫曼編碼模塊及打包模塊進(jìn)行了仿真測試，然后再對整個JPEG編碼器進(jìn)行了測試；最后設(shè)計了單幀視頻的SRAM緩存，并將緩存的源圖像采用本文設(shè)計的JPEG編碼器進(jìn)行壓縮，再設(shè)計一個僅包含發(fā)送功能的UART 將壓縮后的碼流傳輸?shù)絇C機，在PC機上通過將接收的碼流以ASCⅡ碼的形式還原為采集圖片。 本文實現(xiàn)了整個采集壓縮系統(tǒng)，同時也進(jìn)一步驗證了本文設(shè)計的灰度圖像JPEG編碼器的正確性。相信本文無論是對弓網(wǎng)故障的圖像檢測，還是對于JPEG編碼器的芯片設(shè)計都有一定的參考價值。
標(biāo)簽： FPGA JPEG 壓縮系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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基于ISD4004芯片的語音錄放設(shè)計,內(nèi)含詳細(xì)說明，程序代碼。
上傳時間： 2013-06-29
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隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的突飛猛進(jìn)，人們對通信的保密性能，抗干擾能力的要求越來越高，而且對信息隱蔽、多址保密通信等特性提出了更高的要求。這些要求的實現(xiàn)都離不開擴(kuò)頻通信技術(shù)的應(yīng)用，而擴(kuò)頻通信芯片作為擴(kuò)頻通信網(wǎng)絡(luò)的核心器件，自然也成了研究的重點。本論文旨在借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果，并以家庭電力線通信環(huán)境為背景，驗證了一種CDMA碼分多址通信的實現(xiàn)方案，并通過智能家庭系統(tǒng)展示了其應(yīng)用效果。 本課題以構(gòu)建家庭電力載波通信網(wǎng)絡(luò)為目標(biāo)，首先，以兩塊Cyclone系列FPGA開發(fā)板為基礎(chǔ)，分別作為發(fā)送單元和接收單元，構(gòu)建了系統(tǒng)的硬件開發(fā)平臺；以QuartusⅡ 7.2為開發(fā)環(huán)境，運用Verilog硬件描述語言，編寫擴(kuò)頻模塊和解擴(kuò)模塊，并且進(jìn)行了測試、仿真和綜合，驗證了通過專用芯片實現(xiàn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的可行性。應(yīng)用方面，采用電力線載波通信芯片，提出了一種由智能插線板和嵌入式網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的家電控制系統(tǒng)。用戶通過WEB方式登陸嵌入式網(wǎng)關(guān)，智能插線板能夠在嵌入式網(wǎng)關(guān)的控制下控制電器的電源、發(fā)送紅外遙控指令，實現(xiàn)對家電的遠(yuǎn)程遙控。使用兩塊FPGA開發(fā)板，實現(xiàn)了擴(kuò)頻通信基本收發(fā)是本設(shè)計得主要成果；將擴(kuò)頻通訊技術(shù)、嵌入式Web技術(shù)引入到智能家庭系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中是本文的一個特點。 仿真和實驗表明：采用電力線載波通信芯片組建家庭網(wǎng)絡(luò)的方案可行，由智能插線板和嵌入式網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的家電控制系統(tǒng)能靈活、便捷地實施家電控制，并具有一定的節(jié)能效果。
標(biāo)簽： FPGA 擴(kuò)頻通信 芯片設(shè)計
上傳時間： 2013-06-17
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