Fpga的信号发生器设计原理

何振宇

摘 要：本篇文章主要论述了一种论述了一种信号发生器的设计，主要是基于Fpga软核，采用verilong语言的编程，综合出硬件电路。设计的的硬件电路一般分为累加器，rom查找表，外围电路包括高速DAC转换模块和低通滤波器，其中的关键主要是关于ROM的地址产生，从而查找出相应的值。最后产生的正弦波形完全满足开始设定的频率，而且精度高，可操作性强。

关键词：FPGA ；累加器 ； ROM查找表 ；外围电路

引言：现代通信技术迅速发展，在许多医学、工业、科研等众多领域，都需要信号产生满足需要的信号，如正弦波、三角波、锯齿波等。现在用传统上用振荡器产生的正弦波形不灵活，所以现在来阐述一种基于Fpga 快速产生的正弦波的原理。产生的正弦波可以对通过编程的方式来进行修改与维护，所以灵活性很强。

1.总体设计方案。

从上图可以看出，组成的部分包括累加器，加法器，rom波形数据表和D/A转换模块构成。

2.累加器模块

本次设计频率字采用32字节的位宽，相位字采用11字节位宽。首先将输入的频率字和相位字缓存在寄存器中，然后在每次系统时钟的到来的时候加上频率字的大小，记为F_CNT，从高到留取的低F_CNT的12位和输入的相位字累加得到Rom的地址，从而根据不同时间得到的地址查找出对应的值。对于相位的调整，则更加简单，我们只需要在每个取样点的序号上加上一个偏移量，便可实现相位的控制。

频率的计算公式：F=B×2^12（其中B为频率控制字）

相位计算公式： P=A*π/1024（其中A为相位控制字）

3.Rom查找表

Rom即只是可读的存储器的简称，是一种中只能从中读取数据不能写入的存储器。用ip核直接设计出Rom，其中Rom的地址为12位宽对应F_CNT的高12位的位宽，深度设置为4096，用matlab获取4096个点的正弦信号的值，添加到mif文件中。

4.高速DAC转换设计

数字模拟转换器是一种将数字信号转换为模拟信号（以电流、电压或电荷的形式）的设备。将得到的数字信号通过DAC模块装换成模拟信号，为了数据的准确性，必须保证转换的速率足够快。为此本次设计采用ACM9767模块。该模块具有单电源5v供电输入，分辨率为14为，输出电压为正负5v，转换速率高达125Msps，非常适用信号发生器。

5.低通滤波模块

低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过， 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。从高速DAC得到数字信号的平滑度不高，通过低通滤波去除低于截止频率的信号，就能得到理想的正弦波信号。本次设计的低通滤波模块采用TL6600低通滤波器，采用3v、5v和正负5v工作电源，15MHZ截止频率的0.5db纹波四阶低通滤波器，76db s/n低失真。

结束语

使用FPGA做出的信号发生器通过该变mif文件的数据就可以输出任意波形的信号，使用FPGA做出的信号发生器具有相对带宽大，频率装换时间短、分辨率高和相位連续性好等优点，较容易实现频率、相位以及幅度的数控调制。这样做出的信号发生器灵活性相较于传统的信号发生器要高。

参考文献：

[1]崔永俊，王晋伟，贾磊，杨兵.基于FPGA的DDS信号发生器的设计与实现[J]电子器件 ， 2016 ， 39 （2） ：339-343

[2]李勇，艾竹君，刘巧云，史亚彬，方巍.基于FPGA的DDS设计方法[J]低温与超导 ， 2007 ， 35 （6） ：539-542