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第28卷第3期合肥工业大学学报(自然科学版)Vol.28No.32005年3月JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYMar.2005基于FPGA的SD转换器的设计与实现鲁迎春,陈钟鸣(合肥工业大学理学院,安徽合肥230009)摘要:文章提出了一种采用Altera公司的Cyclone系列EP1C6F256C8FPGA芯片设计SD转换器的硬件电路的方法,并以一个加海明窗的160阶Fir低通数字滤波器进行数字信号处理,设计经软件仿真和硬件仿真,结果表明电路性能可靠,SD转换精度较高。关键词:现场可编程逻辑门阵列;有限长度脉冲响应数字滤波器;窗函数中图分类号:TN492文献标识码:A文章编号:100325060(2005)0320301204DesignandimplementationofSDconverterbasedonFPGALUYing2chun,CHENZhong2ming(SchoolofSciences,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:ThispaperdealswiththehardwaredesignoftheSDconverterbasedonEP1C6F256C8FPGAICchipofAlteraCycloneseries.Inthedesign,a1602tapHammingwindowfunctionlow2passFirfilterisusedtocarryoutdigitalsignalprocessing.ThesimulationresultindicatesthatthedesignedcircuitisreliableandtheprecisionofSDconversionisveryhigh.Keywords:fieldprogrammablegatearray;finiteimpulseresponsedigitalfilter;windowfunction现场可编程门阵列的出现是超大规模集成电为可编程ASIC。路(VLSI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术发它的应用缩短了系统研制周期,减少了投资,展的结果。广泛地应用于数字信号处理(DSP)中。本设计采FPGA器件集成度高、低功耗及体积小,具有用Altera的最新Cyclone系列芯片,性价比较高,通过用户编程实现ASIC(Application2specific采用0.13Lm工艺,内部时钟最高可达66MHz。integratedcircuits)的功能,因此有时也称FPGACyclone系列芯片特性见表1所列。表1Cyclone系列芯片特性芯片特性EP1C3EP1C6EP1C12EP1C20逻辑单元ö块291059801026020060M4K存储块ö块13205264总存储量öbits5990492160239616294912锁相环ö个1222最大可用管角ö个104185249301电子设计自动化(EDA)的关键技术之一是即要用硬件描述语言来描述硬件电路VHDL语要求用形式化方法来描述数字系统的硬件电路,言。本设计采用VHDL语言和Quartus3.0的图收稿日期:2004206230;修改日期:2004210218作者简介:鲁迎春(1979-),男,安徽桐城人,合肥工业大学硕士生. 302合肥工业大学学报(自然科学版)第28卷形编辑方式相结合的设计电路方法,通过加窗的为乘法信号,其表达式为Fir低通数字滤波器滤除高频信号,SD转换器可I=Acos2PftsinH(1)应用于雷达目标方位坐标检测、伺服机构、数控机Q=Acos2PftcosH床、天线监控和其它相位检测中。通过AöD转换后,相乘再经过加窗的160阶Fir低通数字滤波器进行滤波后得到双路IQ数1基本原理[1]字信号再由SD转换成方位角度,最后通过A2B输入模拟信号为IQ双路幅度调制信号,M滤波器对SD转换值进行修正。原理如图1所示。图1SD转换器原理1.1AöD变换外部提供时钟模式,采集数据的时钟为307.2AöD转换器采用ANALOG公司的kHz,每16个时钟产生一个数据,实际串行数据率AD7899,它是14位的AöD转换器,输入为5V为19.2kHz,经模拟开关后的到的3路并行数据电压,它有UsinganExternalClockMode,EOC传输率为6.4kHz。AD7899的使用外部时钟转换Mode和BusyMode三种工作模式。设计中采用模式时序,如图2所示。图2使用外部时钟转换模式时序P1.2乘法器1jXjXn由(1)式和乘法信号M=cos2Pft相乘后得其中,h(n)=∫H(e)·edX。系数h(n)就是2P-P到Im、Qm两路信号为[2～5]数字滤波器的冲击响应,若要获得有限冲击Im=Acos2PftsinHcos2Pft=响应,数字滤波器必须消除由于无限序列的截断1ö2AsinH(1+cos4Pft)所导致的吉布斯效应。窗函数的主要作用就是为Qm=Acos2PftcosHcos2Pft=了消除吉布斯效应,它是用被称为窗函数的有限1ö2AcosH(1+cos4Pft)加权序列{X(n)}来修正(2)式,即经Fir低通滤波,滤除高频信号后得到解调hd(n)=h(n)õX(n)(3)后的信号为其中,X(n)是有限长序列,而且当n>N-1时,Ij=1ö2AsinHQj=1ö2AcosHX(n)=0。1.3加窗的Fir数字低通滤波器的设计低通滤波器的频率响应函数为jX数字滤波器的频率响应H(e)都是X的周-jX(N-1)ö2e0≤ûXû≤XcjX期函数,其傅氏展开为H(e)=(4)0Xc<ûXû
