基于FPGA的相检宽带测频系统的设计53201

《基于FPGA的相检宽带测频系统的设计53201》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于FPGA的相检宽带测频系统的设计在电子信号的测量和评估技术屮，频率测量技术是故基木最重要的测量技术Z-o常用的实现频率测量技术的方法冇测频法和测周期法，但在实际应用中常常因为对被测倍号的计数个数存在±1个字的误差而具有较人的局限性。等粘度测频方法能很好的消除计数所产牛.的误差，从而实现了在宽频率范围内的高粘确度测量的技术水平的提高，但是它乂不能彻底的消除和降低标频F0所引入的谋差。木文将介绍的系统采用相检宽带测频技术，不仅实现了对被测信号的同步，也实现了对标频信号的同步，大大消除了一般测频系统中的±1

2、个字的讣数误差，并且结合了现场可编程门阵列（FPGA）,具有集成度髙、高速和高可靠性的特点，使频率的测量范围可达到lHz~2.4GHz,测频精度在Is闸门下达到10-11数量级。测频原理本测频系统中采用的测频原理是相检宽带测频技术。在频率测量中，设标频信号为fO,被测信号为fX,则fO=A・PC,fX=B・fC,A、B是两个互素的正整数，称FC为H）和fX的绘大公因子频率fmaxc,其倒数为两频率的最小公倍数周期TminCo如果这两个信号的周期稳定，它们之间的相位差变化也貝有周期性，周期即为Tminco设

3、两信号的初始相位差为0（即初始相位重合），贝9经过N・Tminc（N为正整数）之后，它们的相位又会重合。因此，在一个或多个Tminc内对被测信号fX和标频信号fO分别计数得NX和NO,则被测信号的频率可由式fX=fO・NX/NO得出。在相位重合检测的测频电路小，测暈的门时信号受单片机设置的参考门时以及被测倍号和标频信•号的和位重合点的共同控制，但实际测量闸门的开启与闭合同被测信号和标频信号的相位重合点同步，这样能够有效的消除传统测频方法中±1个字的误差。硬件组成和功能框图幣个测频系统由多个功能模块纽成，包

4、括WX数据处理、FPGA及其配置、高频分频、信号整形和液晶显示等，其屮FPGA集合了相位重合点检测、同步闸门产生和定时计数等功能，主要换件功能框图如图1所示。标频整形F。.ALTERA:EP1C3T144预置闸门■A检测相位重合点及其■MCU数由MCU提供的预置闸门No据处理产生同步闸门计数得■fie—►被测整形—No,Nx4高频分频—吋t及整形__电子开关专用配置芯片液晶显示图1系统主要碾件功能框图本测频系统中FPGA芯片是采用ALTERA公司Cyclone系列的EP1C3T144,该器件采用TPFQ封

5、装,拥有100个1/0口和2910个逻辑单元。木系统采用VerilogHDL和BlockDiagram/Schematic相结介的方法來对各功能模块进行逻辑描述，然后通过EDA开发平台，对设计文件H动地完成逻辑编译、逻辑化简、综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，最厉对FPGA芯片进行编程，实现系统的设计要求。FPGA配置采用了专用配置芯片EPCS1,用ByteBlasterIT对其进行下载编程。MCU主要实现的功能冇32位计数值的浮点转换及运算、预置闸门和将测屋结果送至液品显示。高频分频主要针对50MHz

6、以上的频率测量，电路中采用分频比可编程的微波分频芯片MB510,最高工作频率达2.4GHz,它口带放大整形电路，输出为ECL电平，应川十分简单。整形电路前级采川了高速场效应管放大，所以对于被测信号的灵做度很高，可达20niV左右，因此木系统对于电路板的设计要求是十分严格的。FPGA的模拟仿真本系统FPGA开发软件采用Altera公司开发的Quartus11软件。图2FPG.A中原理图设计420.425<

7、»

8、F0inUr：7,08usInltrvtl：[M13.34usSttrl：〕图3QUARTUSII

9、波形仿真图2为FPGA整体原理图设计，其中标频f0和被测fX经过同相点检测模块qwen,产牛的相位重合点信息见图3中的输出outll；sgatc信号为MCU发出的预置闸门信号，与产生的同相点信号经D触发器模块形成了同步闸门t曲te來控制f0和fX的计数，计数值经总线控制转换后传送给MCLLoutllout!11UesUrTi”Btr：

10、图3中,采用的仿真标频f0为10MHz,fX为9.0001MHz,outll为相位重合点信息的输出,sgate为预置闸门，outll1为同步闸门输岀，也就是所谓的硬闸门。T

11、inin^Axi

12、BeqnircdTiae

13、ActualTi»«Fro*1H/ANom3.997ns2Vorst-cai*tcoH/ANon.10.423仏inst57Worst-cttetpdN/ANone8.930ns£DTthH/ANon・-1.914nsTWorst-caseminimumtcoH/ANon*6.496nslpm_count