隨著圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，圖像處理技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活的各個(gè)方面都得到了廣泛的運(yùn)用。與此同時(shí)，人們對(duì)圖像處理的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理器件主要有專用集成芯片（Application Specific Integrated Circuit）和數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Process）。進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA以其應(yīng)用靈活、集成度高、功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)周期短、開(kāi)發(fā)成本低的特點(diǎn)，越來(lái)越多地被應(yīng)用在圖像處理領(lǐng)域。大量實(shí)踐證明，F(xiàn)PGA的并行處理能力與流水線作業(yè)能顯著地提高圖像處理的速度，因此基于FPGA的圖像處理系統(tǒng)有著廣闊的發(fā)展前景。 本文研究的是一個(gè)在嵌入式視頻監(jiān)控系統(tǒng)下的圖像預(yù)處理子系統(tǒng)。首先實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通用可重復(fù)配置的圖像處理算法研究硬件平臺(tái)，完成圖像的采集、接收、處理、存儲(chǔ)、輸出等功能。由于FPGA本身具有完全的可重復(fù)配置性，所以該架構(gòu)的硬件平臺(tái)可以很方便的升級(jí)和重復(fù)配置。其次在該平臺(tái)上，本文使用Verilog HDL硬件語(yǔ)言在FPGA芯片上實(shí)現(xiàn)了多種圖像預(yù)處理算法。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，為了充分發(fā)揮FPGA在并行處理方面的強(qiáng)大功能，本文對(duì)算法做了一定的改進(jìn)，使其盡量能使用并行處理的方式來(lái)完成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本圖像預(yù)處理系統(tǒng)能在毫秒級(jí)高速地完成多種圖像算法，完全能夠滿足視頻監(jiān)控系統(tǒng)50幀/秒的輸出要求。 最后根據(jù)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中出現(xiàn)的噪聲類型多樣化的情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于反饋理論的圖像處理效果控制模塊。該模塊能通過(guò)對(duì)處理后圖像峰值信噪比（PSNR）的分析，控制FPGA對(duì)下一幅圖像的噪聲采用更有針對(duì)性的圖像處理方法。
上傳時(shí)間： 2013-05-20
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任意波形發(fā)生器已成為現(xiàn)代測(cè)試領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一，代表了信號(hào)源的發(fā)展方向。直接數(shù)字頻率合成(DDS)是二十世紀(jì)七十年代初提出的一種全數(shù)字的頻率合成技術(shù)，其查表合成波形的方法可以滿足產(chǎn)生任意波形的要求。由于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)具有高集成度、高速度、可實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)器功能的特性，能有效地實(shí)現(xiàn)DDS技術(shù)，極大的提高函數(shù)發(fā)生器的性能，降低生產(chǎn)成本。 本文首先介紹了函數(shù)波形發(fā)生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地?cái)⑹隽擞肍PGA完成DDS模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程，接著分析了整個(gè)設(shè)計(jì)中應(yīng)處理的問(wèn)題，根據(jù)設(shè)計(jì)原理就功能上進(jìn)行了劃分，將整個(gè)儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個(gè)部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后就這三個(gè)部分分別詳細(xì)地進(jìn)行了闡述。 在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，本設(shè)計(jì)選用了Altera公司的EP2C35F672C6芯片作為產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的主芯片，充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用了三星公司的上S3C2440作為控制芯片。本設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PGA芯片的設(shè)計(jì)和與控制芯片的接口設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)，本文利用Altera的設(shè)計(jì)工具QuartusⅡ并結(jié)合Verilog—HDL語(yǔ)言，采用硬件編程的方法很好地解決了這一問(wèn)題。論文最后給出了系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果，并對(duì)誤差進(jìn)行了一定分析，結(jié)果表明，可輸出步進(jìn)為0.01Hz，頻率范圍0.01Hz～20MHz的正弦波、三角波、鋸齒波、方波，或0.01Hz～20KHz的任意波。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)定的要求，并證明了采用軟硬件結(jié)合，利用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器的方法是可行的。
標(biāo)簽： FPGA 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器
上傳時(shí)間： 2013-08-03
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固態(tài)硬盤是一種以FLASH為存儲(chǔ)介質(zhì)的新型硬盤。由于它不像傳統(tǒng)硬盤一樣以高速旋轉(zhuǎn)的磁盤為存儲(chǔ)介質(zhì)，不需要浪費(fèi)大量的尋道時(shí)間，因此它有著傳統(tǒng)硬盤不可比擬的順序和隨機(jī)存儲(chǔ)速度。同時(shí)由于固態(tài)硬盤不存在機(jī)械存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，因此還具有高抗震性、無(wú)工作噪音、可適應(yīng)惡劣工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，固態(tài)硬盤技術(shù)已經(jīng)成為未來(lái)存儲(chǔ)介質(zhì)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 本文以設(shè)計(jì)固態(tài)硬盤控制芯片IDE接口部分為項(xiàng)目背景，通過(guò)可編程邏輯器件FPGA，基于ATA協(xié)議并使用硬件編程語(yǔ)言verilog，設(shè)計(jì)了一個(gè)位于設(shè)備端的IDE控制器。該IDE控制器的主要作用在于解析主機(jī)所發(fā)送的IDE指令并控制硬盤設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的狀態(tài)遷移和指令操作，從而完成硬盤設(shè)備端與主機(jī)端之間基本的狀態(tài)通信以及數(shù)據(jù)通信。論文主要完成了幾個(gè)方面的內(nèi)容。第一：論文從固態(tài)硬盤的基本結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了固態(tài)硬盤IDE控制器的功能性需求以及寄存器傳輸、PIO傳輸和UDMA傳輸三種ATA協(xié)議主要傳輸模式所必須遵循的時(shí)序要求，并概括了IDE控制器設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和難點(diǎn)；第二：論文設(shè)計(jì)了IDE控制器的總體功能框架，將IDE控制器從功能上分為寄存器部分、頂層控制模塊、異步FIFO模塊、PIO控制模塊、UDMA控制模塊以及CRC校驗(yàn)?zāi)K六大子功能模塊，并分析了各個(gè)子功能模塊的基本工作原理和具體功能設(shè)計(jì)；第三：論文以設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)流程和主要控制信號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)了各個(gè)具體子功能模塊并列舉了部分關(guān)鍵代碼，同時(shí)給出了主要子功能模塊的時(shí)序仿真圖；最后，論文給出了基于PIO傳輸模式和基于UDMA傳輸模式的具體指令操作流程實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)SAS邏輯分析儀和QuartusⅡ?qū)DE控制器進(jìn)行了功能測(cè)試和分析，驗(yàn)證了本論文設(shè)計(jì)的正確性。
上傳時(shí)間： 2013-07-31
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隨著中國(guó)二代導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，衛(wèi)星導(dǎo)航的應(yīng)用將普及到各個(gè)行業(yè)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的研究與設(shè)計(jì)是該領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在接收機(jī)的設(shè)計(jì)中，對(duì)于成熟技術(shù)將利用ASIC芯片進(jìn)行批量生產(chǎn)，該芯片是專用芯片，一旦制造成型不能改變。但是對(duì)于正在研究的接收機(jī)技術(shù)，特別是在需要利用接收機(jī)平臺(tái)進(jìn)行提高接收機(jī)性能研究時(shí)，利用FPGA通用可編程門陣列芯片是非常方便的。在FPGA上的研究成果，一旦成熟可以很方便的移植到ASIC芯片，進(jìn)行批量生產(chǎn)。本課題就是基于FPGA研究GPS并行捕獲技術(shù)的硬件電路，著重進(jìn)行了其中一個(gè)捕獲通道的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。 GPS信號(hào)捕獲時(shí)間是影響GPS接收機(jī)性能的一個(gè)關(guān)鍵因素，尤其是在高動(dòng)態(tài)和實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用中或者對(duì)弱GPS信號(hào)的捕獲方面。因此，本文在滑動(dòng)相關(guān)法基礎(chǔ)上引出了基于FFT的并行快速捕獲方法，采用自頂向下的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體功能劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并采用自底向上的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證。 本課題以Xilinx公司的Spartan3E開(kāi)發(fā)板為硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以ISE9.2i為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用Verilog HDL編程實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)。并利用Nemerix公司的GPS射頻芯片NJ1006A設(shè)計(jì)制作了GPS中頻信號(hào)產(chǎn)生平臺(tái)。該平臺(tái)可實(shí)時(shí)地輸出采樣頻率為16.367MHz的GPS數(shù)字中頻信號(hào)。 本課題主要是基于采樣率變換和FFT實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS C/A碼的捕獲。該算法利用平均采樣的方法，將信號(hào)的采樣率降低到1.024 MHz，在低采樣率下利用成熟的1024點(diǎn)FFT IP核對(duì)C/A碼進(jìn)行粗捕，給出GPS信號(hào)的碼相位(精度大約為1/4碼片)和載波的多普勒頻率，符合GPS后續(xù)跟蹤的要求。 同時(shí)，由于FFT算法是以資源換取時(shí)間的方法來(lái)提高GPS捕獲速度的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，合理地采用FPGA設(shè)計(jì)思想與技巧優(yōu)化系統(tǒng)。基于實(shí)用性的要求，詳細(xì)的給出了基于FFT的GPS并行捕獲各個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)原理、實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及仿真結(jié)果。并達(dá)到降低系統(tǒng)硬件資源，能夠快速、高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS C/A碼捕獲的要求。 本研究是導(dǎo)航研究所承擔(dān)的國(guó)家863課題“利用多徑信號(hào)提高GNSS接收機(jī)性能的新技術(shù)研究”中關(guān)于接收機(jī)信號(hào)捕獲算法的一部分，對(duì)接收機(jī)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。
上傳時(shí)間： 2013-07-22
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作為性能優(yōu)異的糾錯(cuò)編碼，Turbo碼自誕生以來(lái)就一直受到理論界以及工程應(yīng)用界的關(guān)注。TD—SCDMA是我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3G通信標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)把Turbo碼是作為前向糾錯(cuò)體制，但Turbo碼的譯碼算法比較復(fù)雜并且需要多次迭代，這造成Turbo碼譯碼延時(shí)大，譯碼速度慢，因此限制了Turbo碼的實(shí)際應(yīng)用。因此有必要研究如何將現(xiàn)有的Turbo碼譯碼算法進(jìn)行簡(jiǎn)化，加速，使其轉(zhuǎn)化成為適合在硬件上實(shí)現(xiàn)的算法，將實(shí)驗(yàn)室的理論研究成果轉(zhuǎn)化成為硬件產(chǎn)品。 論文主要的研究?jī)?nèi)容有以下兩點(diǎn)： 其一，提出信道自適應(yīng)迭代譯碼方案。在事先設(shè)定最大迭代次數(shù)的情況下，自適應(yīng)Turbo碼譯碼算法能夠根據(jù)信道的變化自動(dòng)調(diào)整迭代次數(shù)。 仿真結(jié)果表明：該自適應(yīng)迭代譯碼方案能夠根據(jù)信道的變化自動(dòng)調(diào)整迭代次數(shù)，在保證譯碼性能基本上沒(méi)有損失的情況下，有效減少譯碼時(shí)間，明顯提高譯碼速度。 其二，根據(jù)得到的信道自適應(yīng)迭代譯碼方案，借助Xilinx公司Spartan3 FPGA硬件平臺(tái)，使用Verilog硬件描述語(yǔ)言，將用C/C++語(yǔ)言寫成的信道自適應(yīng)迭代譯碼算法轉(zhuǎn)化成為硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，得到硬件電路，并對(duì)得到的譯碼器硬件電路進(jìn)行測(cè)試。 測(cè)試結(jié)果表明：隨著信道的變化，硬件電路的譯碼速度也隨之自動(dòng)變化，信噪比越高譯碼速度越快，并且硬件譯碼器性能（誤比特率）與實(shí)驗(yàn)仿真基本一致。
上傳時(shí)間： 2013-05-31
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矩陣運(yùn)算是描述許多工程問(wèn)題中不可缺少的數(shù)學(xué)關(guān)系，矩陣運(yùn)算具有執(zhí)行效率好、速度快、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著動(dòng)態(tài)可配置技術(shù)的發(fā)展，靈活性也有了很大的提高。因此，尋找矩陣運(yùn)算的高速實(shí)現(xiàn)方法是具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)楦咚龠\(yùn)算應(yīng)用提供技術(shù)支持。 為了提高研究成果的實(shí)用性與商用性，本文主要針對(duì)某種體積小、運(yùn)算速度和性能要求很高的特殊場(chǎng)合設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于FPGA的矩陣運(yùn)算功能。通過(guò)系統(tǒng)地研究FPGA功能結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理、DSP接口、IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)，深入學(xué)習(xí)浮點(diǎn)數(shù)及矩陣的基礎(chǔ)運(yùn)算以及硬件編程語(yǔ)言等內(nèi)容，根據(jù)矩陣運(yùn)算的特點(diǎn)和原理，討論了硬件設(shè)計(jì)方面重點(diǎn)對(duì)具體核心器件結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及有關(guān)FPGA的設(shè)計(jì)流程和控制器Verilog HDL硬件編程語(yǔ)言代碼方面內(nèi)容，確定了基于FPGA浮點(diǎn)運(yùn)算及矩陣運(yùn)算單元的Verilog HDL設(shè)計(jì)方法，在Quartus II平臺(tái)上對(duì)其仿真、記錄運(yùn)算結(jié)果，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了深入分析與總結(jié)。 本設(shè)計(jì)通過(guò)幾種矩陣算法利用FPGA和MATLAB分別進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)測(cè)試，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性，證明了本設(shè)計(jì)中矩陣運(yùn)算速率的實(shí)用性與高效性，提高了系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)可靠性，為今后在工程、軍事、通訊等生產(chǎn)生活各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。
上傳時(shí)間： 2013-07-07
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現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)追求的是更快的速度、更高的數(shù)據(jù)完整性和靈活性。無(wú)論從物理性能，還是從電氣性能來(lái)看，現(xiàn)今的并行總線都已出現(xiàn)了某些局限，無(wú)法提供更高的數(shù)據(jù)傳輸率。而SATA以其傳輸速率快、支持熱插拔、可靠的數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，得到各行業(yè)越來(lái)越多的支持。 目前市場(chǎng)上的SATA IP CORE都是面向IC設(shè)計(jì)的，不利于在FPGA上集成，因此，本文在Xilinx公司的Virtex5系列FPGA上實(shí)現(xiàn)SATAⅡ協(xié)議，對(duì)SATA技術(shù)的推廣、國(guó)內(nèi)邏輯IP核的發(fā)展都有一定的意義。 本文將SATAⅡ協(xié)議的FPGA實(shí)現(xiàn)劃分成物理層、鏈路層、傳輸層和應(yīng)用層四個(gè)模塊。提出了物理層串行收/發(fā)器設(shè)計(jì)以及物理鏈路初始化方案。分析了鏈路層模塊結(jié)構(gòu)，給出了作為SATAⅡ鏈路層核心的狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)。為滿足SATAⅡ協(xié)議3．0Gbps的速率，采用擴(kuò)大數(shù)據(jù)處理位寬的方法，設(shè)計(jì)完成了鏈路層的16b/20b編碼模塊，同時(shí)為提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性和信號(hào)的穩(wěn)定性，分別實(shí)現(xiàn)了鏈路層CRC校驗(yàn)?zāi)K和并行擾碼模塊。在描述協(xié)議傳輸層的模塊結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，給出了作為傳輸層核心的狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)，并以DMA DATA OUT命令的操作為例介紹了FIS在傳輸層中的處理過(guò)程。完成了命令層協(xié)議狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了SATAⅡ新增功能NCQ技術(shù)，從而使得數(shù)據(jù)傳輸更加有效。最后為使本設(shè)計(jì)應(yīng)用更加廣泛，設(shè)計(jì)了基于AHB總線的用戶接口。 本設(shè)計(jì)采用Verilog HDL語(yǔ)言對(duì)需要實(shí)現(xiàn)的電路進(jìn)行描述，并使用Modelsim軟件仿真。仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的邏輯電路可靠穩(wěn)定，與SATAⅡ協(xié)議定義功能一致。
上傳時(shí)間： 2013-06-16
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軟件無(wú)線電（Software Defined Radio）是無(wú)線通信系統(tǒng)收發(fā)信機(jī)的發(fā)展方向，它使得通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者可以將主要精力集中到收發(fā)機(jī)的數(shù)字處理上，而不必過(guò)多關(guān)注電路實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行數(shù)字處理時(shí)，常用的方案包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）。FPGA以其相對(duì)較低的功耗和相對(duì)較低廉的成本，成為許多通信系統(tǒng)的首先方案。正是在這樣的前提下，本課題結(jié)合軟件無(wú)線電技術(shù)，研究并實(shí)現(xiàn)基于FPGA的數(shù)字收發(fā)信機(jī)。 @@ 本論文主要研究了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)的硬件實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。首先，從理論上對(duì)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，找到收發(fā)信機(jī)設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問(wèn)題。其次，在理論上有深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，以FPGA為手段，將反饋控制算法、反饋補(bǔ)償算法和前饋補(bǔ)償算法落實(shí)到硬件電路上。同步一直是數(shù)字通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題，它也是本文的研究重點(diǎn)。本文在研究了已有各種同步方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新的同步方法和相應(yīng)的接收機(jī)結(jié)構(gòu)，并以硬件電路將其實(shí)現(xiàn)。最后，針對(duì)所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)，本文還進(jìn)行了充分的硬件系統(tǒng)測(cè)試。硬件測(cè)試的各項(xiàng)數(shù)據(jù)結(jié)果表明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是可行的，基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字中頻收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 @@ 本文中發(fā)射機(jī)系統(tǒng)是以Altera公司EP2C70F672C6為硬件平臺(tái)，接收機(jī)系統(tǒng)以Altera公司EP2S180F1020C3為硬件平臺(tái)。收發(fā)系統(tǒng)均是在Ouartus Ⅱ 8．0環(huán)境下，通過(guò)編寫Verilog HDL代碼和調(diào)用Altera IP core加以實(shí)現(xiàn)。在將設(shè)計(jì)方案落實(shí)到硬件電路實(shí)現(xiàn)之前，各種算法均使用MATLAB進(jìn)行原理仿真，并在MATLAB仿真得到正確結(jié)果的基礎(chǔ)上，使用Quartus Ⅱ 8．0中的功能仿真工具和時(shí)序仿真工具進(jìn)行了前仿真和后仿真。所有仿真結(jié)果無(wú)誤后，可下載至硬件平臺(tái)進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)Quartus Ⅱ 8．0中集成的SignalTap邏輯分析儀，可以實(shí)時(shí)觀察電路中各點(diǎn)信號(hào)的變化情況，并結(jié)合示波器和頻譜儀，得到硬件測(cè)試結(jié)果。 @@關(guān)鍵詞：SDR；數(shù)字收發(fā)機(jī)；FPGA；載波同步；符號(hào)同步
標(biāo)簽： FPGA 數(shù)字中頻 收發(fā)信機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的發(fā)展已經(jīng)有二十多年，從最初的1200門發(fā)展到了目前數(shù)百萬(wàn)門至上千萬(wàn)門的單片F(xiàn)PGA芯片。現(xiàn)在，F(xiàn)PGA已廣泛地應(yīng)用于通信、消費(fèi)類電子和車用電子類等領(lǐng)域，但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本上是國(guó)外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上時(shí)鐘分布質(zhì)量變的越來(lái)越重要，時(shí)鐘延遲和時(shí)鐘偏差已成為影響系統(tǒng)性能的重要因素。目前，為了消除FPGA芯片內(nèi)的時(shí)鐘延遲，減小時(shí)鐘偏差，主要有利用延時(shí)鎖相環(huán)(DLL)和鎖相環(huán)(PLL)兩種方法，而其各自又分為數(shù)字設(shè)計(jì)和模擬設(shè)計(jì)。雖然用模擬的方法實(shí)現(xiàn)的DLL所占用的芯片面積更小，輸出時(shí)鐘的精度更高，但從功耗、鎖定時(shí)間、設(shè)計(jì)難易程度以及可復(fù)用性等多方面考慮，我們更愿意采用數(shù)字的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本論文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA為研究基礎(chǔ)，對(duì)全數(shù)字延時(shí)鎖相環(huán)(DLL)電路進(jìn)行分析研究和設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模塊電路。 本文作者在一年多的時(shí)間里，從對(duì)電路整體功能分析、邏輯電路設(shè)計(jì)、晶體管級(jí)電路設(shè)計(jì)和仿真以及最后對(duì)設(shè)計(jì)好的電路仿真分析、電路的優(yōu)化等做了大量的工作，通過(guò)比較DLL與PLL、數(shù)字DLL與模擬DLL，深入的分析了全數(shù)字DLL模塊電路組成結(jié)構(gòu)和工作原理，設(shè)計(jì)出了符合指標(biāo)要求的全數(shù)字DLL模塊電路，為開(kāi)發(fā)自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FPGA奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本文先簡(jiǎn)要介紹FPGA及其時(shí)鐘管理技術(shù)的發(fā)展，然后深入分析對(duì)比了DLL和PLL兩種時(shí)鐘管理方法的優(yōu)劣。接著詳細(xì)論述了DLL模塊及各部分電路的工作原理和電路的設(shè)計(jì)考慮，給出了全數(shù)字DLL整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。最后對(duì)DLL整體電路進(jìn)行整體仿真分析，驗(yàn)證電路功能，得出應(yīng)用參數(shù)。在設(shè)計(jì)中，用Verilog-XL對(duì)部分電路進(jìn)行數(shù)字仿真，Spectre對(duì)進(jìn)行部分電路的模擬仿真，而電路的整體仿真工具是HSIM。 本設(shè)計(jì)采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫(kù)建模，設(shè)計(jì)出的DLL工作頻率范圍從25MHz到400MHz，工作電壓為1.8V，工作溫度為-55℃～125℃，最大抖動(dòng)時(shí)間為28ps，在輸入100MHz時(shí)鐘時(shí)的功耗為200MW，達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的相應(yīng)指標(biāo)。最后完成了輸出電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘占空比調(diào)節(jié)，2倍頻，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16時(shí)鐘分頻等時(shí)鐘頻率合成功能。
標(biāo)簽： FPGA 全數(shù)字 延時(shí)
上傳時(shí)間： 2013-06-10
上傳用戶：yd19890720
在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，數(shù)字化已經(jīng)成為發(fā)展的必然趨勢(shì)，接收機(jī)數(shù)字化是電子系統(tǒng)數(shù)字化中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，對(duì)數(shù)字化接收機(jī)的研究具有重要的意義。隨著數(shù)字化理論和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高速的中頻數(shù)字化接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)成為可能。本文研究了一種基于FPGA的軟件無(wú)線電數(shù)字接收平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并著重研究了其中數(shù)字中頻處理單元的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。FPGA器件具有設(shè)計(jì)靈活、開(kāi)發(fā)周期短和開(kāi)發(fā)成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)中。相比于傳統(tǒng)的DSP串行結(jié)構(gòu)，F(xiàn)PGA能夠進(jìn)行流水線性設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理，所以FPGA在進(jìn)行數(shù)據(jù)量大，要求實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)有很大的優(yōu)勢(shì)。 本文首先首先分析了軟件無(wú)線電當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)現(xiàn)狀，針對(duì)存在的處理速度跟不上的DSP瓶頸問(wèn)題，提出了中頻軟件無(wú)線電的FPGA實(shí)現(xiàn)方案。本文以FPGA實(shí)現(xiàn)為重點(diǎn)，在深入分析軟件無(wú)線電相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，著重研究和完成了中頻軟件無(wú)線電數(shù)字接收平臺(tái)兩大模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)：數(shù)字下變頻相關(guān)模塊和數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊。其中，在深入研究數(shù)字下變頻實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，首先對(duì)數(shù)字下變頻模塊的數(shù)控振蕩器(NCO)采用了直接頻率合成技術(shù)(DDS)實(shí)現(xiàn)，其頻率分辨率高，靈活，易于實(shí)現(xiàn)；高效抽取濾波器組由積分梳狀濾波器(CIC)，半帶濾波器(HB)，F(xiàn)IR濾波器組成。對(duì)積分梳狀濾波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理論對(duì)內(nèi)部寄存器的位寬進(jìn)行改進(jìn)，極大地節(jié)約了資源，提高了運(yùn)行速率。對(duì)FIR濾波器和半帶濾波器采用了(DA)分布式算法，它的運(yùn)行速度只與數(shù)據(jù)的寬度有關(guān)，只有加減法運(yùn)算和二進(jìn)制除法，既縮減了系統(tǒng)資源又大大節(jié)省了運(yùn)算時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了高效的實(shí)時(shí)處理。對(duì)數(shù)字調(diào)制解調(diào)模塊，重點(diǎn)研究和完成了2ASK和2FSK的調(diào)制解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn)，模塊有很好的通用性，能方便地移植到其它的系統(tǒng)中。在文章的最后還對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了Matlab仿真，驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的正確性。在系統(tǒng)各個(gè)關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，都是先依據(jù)一定的設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行verilog編程，然后再在Quartus軟件中編譯，時(shí)序仿真測(cè)試，并與Matlab仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。
標(biāo)簽： FPGA 軟件無(wú)線電 數(shù)字接收機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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