现场可编程门阵列(FPGA)的发展已经有二十多年，从最初的1200门发展到了目前数百万门至上千万门的单片FPGA芯片。现在，FPGA已广泛地应用于通信、消费类电子和车用电子类等领域，但国内市场基本上是国外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上时钟分布质量变的越来越重要，时钟延迟和时钟偏差已成为影响系统性能的重要因素。目前，为了消除FPGA芯片内的时钟延迟，减小时钟偏差，主要有利用延时锁相环(DLL)和锁相环(PLL)两种方法，而其各自又分为数字设计和模拟设计。虽然用模拟的方法实现的DLL所占用的芯片面积更小，输出时钟的精度更高，但从功耗、锁定时间、设计难易程度以及可复用性等多方面考虑，我们更愿意采用数字的方法来实现。 本论文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA为研究基础，对全数字延时锁相环(DLL)电路进行分析研究和设计，在此基础上设计出具有自主知识产权的模块电路。 本文作者在一年多的时间里，从对电路整体功能分析、逻辑电路设计、晶体管级电路设计和仿真以及最后对设计好的电路仿真分析、电路的优化等做了大量的工作，通过比较DLL与PLL、数字DLL与模拟DLL，深入的分析了全数字DLL模块电路组成结构和工作原理，设计出了符合指标要求的全数字DLL模块电路，为开发自我知识产权的FPGA奠定了坚实的基础。 本文先简要介绍FPGA及其时钟管理技术的发展，然后深入分析对比了DLL和PLL两种时钟管理方法的优劣。接着详细论述了DLL模块及各部分电路的工作原理和电路的设计考虑，给出了全数字DLL整体架构设计。最后对DLL整体电路进行整体仿真分析，验证电路功能，得出应用参数。在设计中，用Verilog-XL对部分电路进行数字仿真，Spectre对进行部分电路的模拟仿真，而电路的整体仿真工具是HSIM。 本设计采用TSMC0.18μmCMOS工艺库建模，设计出的DLL工作频率范围从25MHz到400MHz，工作电压为1.8V，工作温度为-55℃～125℃，最大抖动时间为28ps，在输入100MHz时钟时的功耗为200MW，达到了国外同类产品的相应指标。最后完成了输出电路设计，可以实现时钟占空比调节，2倍频，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16时钟分频等时钟频率合成功能。
上传时间： 2013-06-10
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数字存储示波器在仪器仪表领域中占有重要的地位，应用范围相当广泛，所以对示波器的研制有重要的理论和实际意义。本文针对数字存储示波器的设计进行了深入的研究，旨在研制出100MHz带宽的数字存储示波器。 从各个方面考虑，选用了DSP、FPGA和单片机的方案来设计整个系统。整个系统采用单通道的方式。信号进来首先经过前端的调理电路把信号电压调整到AD的输入电压范围之内，这里调理电路主要是由信号衰减电路和信号放大电路所组成。调理后的信号再送到AD变换电路里面完成信号的数字化。然后把AD转换后的数据送到FPGA中，并把数据保存到FPGA中的FIFO中，FPGA中的电路主要包括有FIFO、触发系统、峰值检测、时基电路等。 DSP处理器主要是用来从FIFO中提取数据并进行相应的处理。因为DSP运算速度快，所以本文利用DSP来完成滤波和波形重建的时候的插值算法等功能。然后DSP利用其多缓冲串口把数据送到单片机，单片机把从DSP中发送过来的数据显示到LCD上，同时利用单片机来管理键盘等功能。在软件方面主要完成了程序的一些初始化驱动，比如说是FLASH驱动、LCD驱动、DSP串口初始化、FPGA初始化等相关工作。 由于本文采用FPGA，使得数字存储示波器的设计比较灵活，容易升级。可以根据自己的需要进行相关的改进，例如对外围电路做进一步地扩展。
上传时间： 2013-04-24
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在现代电子系统中，数字化已经成为发展的必然趋势，接收机数字化是电子系统数字化中的一项重要内容，对数字化接收机的研究具有重要的意义。随着数字化理论和微电子技术的迅速发展，高速的中频数字化接收机的实现已经成为可能。本文研究了一种基于FPGA的软件无线电数字接收平台的设计，并着重研究了其中数字中频处理单元的设计和实现。FPGA器件具有设计灵活、开发周期短和开发成本低等优点，所以广泛应用于各种通信系统中。相比于传统的DSP串行结构，FPGA能够进行流水线性设计，对数据进行并行处理，所以FPGA在进行数据量大，要求实时处理的系统设计时有很大的优势。 本文首先首先分析了软件无线电当前的发展趋势及技术现状，针对存在的处理速度跟不上的DSP瓶颈问题，提出了中频软件无线电的FPGA实现方案。本文以FPGA实现为重点，在深入分析软件无线电相关理论的基础上，着重研究和完成了中频软件无线电数字接收平台两大模块的FPGA实现：数字下变频相关模块和数字调制解调模块。其中，在深入研究数字下变频实现结构的基础上，首先对数字下变频模块的数控振荡器(NCO)采用了直接频率合成技术(DDS)实现，其频率分辨率高，灵活，易于实现；高效抽取滤波器组由积分梳状滤波器(CIC)，半带滤波器(HB)，FIR滤波器组成。对积分梳状滤波器(CIC)本文采用了Hogenaur“剪除”理论对内部寄存器的位宽进行改进，极大地节约了资源，提高了运行速率。对FIR滤波器和半带滤波器采用了(DA)分布式算法，它的运行速度只与数据的宽度有关，只有加减法运算和二进制除法，既缩减了系统资源又大大节省了运算时间，实现了高效的实时处理。对数字调制解调模块，重点研究和完成了2ASK和2FSK的调制解调的FPGA实现，模块有很好的通用性，能方便地移植到其它的系统中。在文章的最后还对整个系统进行了Matlab仿真，验证了系统设计思想的正确性。在系统各个关键模块的设计过程中，都是先依据一定的设计指标进行verilog编程，然后再在Quartus软件中编译，时序仿真测试，并与Matlab仿真结果进行对比，验证设计的正确性。
上传时间： 2013-05-18
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随着信息时代的到来，用户对数据保护和传输可靠性的要求也在不断提高。由于信道衰落，信号经信道传输后，到达接收端不可避免地会受到干扰而出现信号失真。因此需要采用差错控制技术来检测和纠正由信道失真引起的信息传输错误。RS（Reed—Solomon）码是差错控制领域中一类重要的线性分组码，由于它编解码结构相对固定，性能强，不但可以纠正随机差错，而且对突发错误的纠错能力也很强，被广泛应用在数字通信、数据存储系统中，以满足对数据传输通道可靠性的要求。因此设计一款高性能的RS编解码器不但具有很大的应用意义，而且具有相当大的经济价值。 本文首先介绍了线形分组码及其子码循环码、BCH码的基础理论知识，重点介绍了BCH码的重要分支RS码的常用编解码算法。由于其算法在有限域上进行，接着介绍了有限域的有关理论。基于RS码传统的单倍结构，本文提出了一种八倍并行编码及九倍并行解码方案，并用Verilog HDL语言实现。其中编码器基于传统的线性反馈移位寄存器除法电路并进行八倍并行扩展，译码器关键方程求解模块基于修正的欧几里德算法设计了一种便于硬件实现的脉动关键方程求解结构，其他模块均采用九倍并行实现。由于进行了超前运算、流水线及并行处理，使编解码的数据吞吐量大为提高，同时延时更小。 本论文设计了C++仿真平台，并与HDL代码结果进行了对比验证。Verilog HDL代码经过modelsim仿真验证，并在ALTERA STRATIX3 EP3SL15OF1152C2 FPGA上进行综合验证以及静态时序分析，综合软件为QUATURSⅡ V8．0。验证及测试表明，本设计在满足编解码基本功能的基础上，能够实现数据的高吞吐量和低延时传输，达到性能指标要求。本论文在基于FPGA的RS（255，223）编解码器的高速并行实现方面的研究成果，具有通用性、可移植性，有一定的理论及经济价值。
上传时间： 2013-04-24
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FPGA作为新一代集成电路的出现，引起了数字电路设计的巨大变革。随着FPGA工艺的不断更新与改善，越来越多的用户与设计公司开始使用FPGA进行系统开发，因此，PFAG的市场需求也越来越高，从而使得FPGA的集成电路板的工艺发展也越来越先进，在如此良性循环下，不久的将来，FPGA可以主领集成电路设计领域。正是由于FPGA有着如此巨大的发展前景与市场吸引力，因此，本文采用FPGA作为电路设计的首选。 @@ 随着FPGA的开发技术日趋简单化、软件化，从面向硬件语言的VHDL、VerilogHDL设计语言，到现在面向对象的System Verilog、SystemC设计语言，硬件设计语言开始向高级语言发展。作为一个软件设计人员，会很容易接受面向对象的语言。现在软件的设计中，算法处理的瓶颈就是速度的问题，如果采用专用的硬件电路，可以解决这个问题，本文在第一章第二节详细介绍了软硬结合的开发优势。另外，在第一章中还介绍了知识产权核心（IP Core）的发展与前景，特别是IP Core中软核的设计与开发，许多FGPA的开发公司开始争夺软核的开发市场。 @@ 数字电路设计中最长遇到的就是通信的问题，而每一种通信方式都有自己的协议规范。在CPU的设计中，由于需要高速的处理速度，因此其内部都是用并行总线进行通信，但是由于集成电路资源的问题，不可能所有的外部设备都要用并行总线进行通信，因此其外部通信就需要进行串行传输。又因为需要连接的外部设备的不同，因此就需要使用不同的串行通信接口。本文主要介绍了小型CPU中常用的三种通信协议，那就是SPI、I2C、UART。除了分别论述了各自的通信原理外，本文还特别介绍了一个小型CPU的内部构造，以及这三个通信协议在CPU中所处的位置。 @@ 在硬件的设计开发中，由于集成电路本身的特殊性，其开发流程也相对的复杂。本文由于篇幅的问题，只对总的开发流程作了简要的介绍，并且将其中最复杂但是又很重要的静态时序分析进行了详细的论述。在通信协议的开发中，需要注意接口的设计、时序的分析、验证环境的搭建等，因此，本文以SPI数据通信协议的设计作为一个开发范例，从协议功能的研究到最后的验证测试，将FPGA 的开发流程与关键技术等以实例的方式进行了详细的论述。在SPI通信协议的开发中，不仅对协议进行了详细的功能分析，而且对架构中的每个模块的设计都进行了详细的论述。@@关键词：FPGA；SPI；I2C；UART；静态时序分析；验证环境
上传时间： 2013-04-24
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随着现代DSP、FPGA等数字芯片的信号处理能力不断提高，基于软件无线电技术的现代通信与信息处理系统也得到了更为广泛的应用。软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件系统作为其应用平台，把尽可能多的无线及个人通信和信号处理的功能用软件来实现，从而将无线通信新系统、新产品的开发逐步转移到软件上来。另一方面，现代信号处理系统对数据的处理速度、处理精度和动态范围的要求也越来越高，需要每秒完成几千万到几百亿次运算。因此研制具备高速实时信号处理能力的通用硬件平台越来越受到业界的重视。 @@ 目前的高速实时信号处理系统一般均采用DSP+FPGA的架构，其中DSP主要负责完成系统通信和基带信号处理算法，而FPGA主要完成信号预处理等前端算法，并提供系统常用的各种外部接口逻辑。本文的主要工作就在于完成通用型高速实时信号处理系统的FPGA软件设计。 @@ 本文提出了一种基于多DSP与FPGA的通用高速实时信号处理系统的架构。综合考虑各方面因素，作者选择使用两片ADSP-TS201浮点DSP以混合耦合模型构成系统信号处理核心；以Xilinx公司最新的高性能FPGA Virtex-5系列的XC5VLX50T提供系统所需的各种接口，包括与ADSP-TS201的高速Linkport接口以及SPI、UART、SPORT等常用外设接口。此外，作者还选择了ADSP-BF533定点DSP加入系统当中以扩展系统音视频信号处理能力，体现系统的通用性。 @@ 基于FPGA的嵌入式系统设计正逐渐成为现代FPGA应用的一个热点。结合课题需要，作者以Xilinx公司的MicroBlze软核处理器为核心在Virtex-5片内设计了一个嵌入式系统，完成了对CF卡、DDR2 SDRAM存储器的读写控制，并利用片内集成的三态以太网MAC硬核模块，实现了系统与上位PC机之间的以太网通信链路。此外，为扩展系统功能，适应未来可能的软件升级，进一步提高系统的通用性，还将嵌入式实时操作系统μC/OS-II移植到MicroBlaze处理器上。 @@ 最后，作者介绍了基于Xilinx RocketIO GTP收发器的高速串行传输设计的关键技术和基本的设计方法，充分体现了目前高速实时信号处理系统的发展要求和趋势。 @@关键词：高速实时信号处理；FPGA；Virtex-5；嵌入式系统；MicroBlaze
上传时间： 2013-05-17
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近年来，以FPGA为代表的数字系统现场集成技术取得了快速的发展，FPGA不但解决了信号处理系统小型化、低功耗、高可靠性等问题，而且基于大规模FPGA单片系统的片上可编程系统(SOPC)的灵活设计方式使其越来越多的取代ASIC的市场。传统的通用信号处理系统使用DSP作为处理核心，系统的可重构型不强，FPGA解决了这一问题，并且现有的FPGA中，多数已集成DSP模块，结合FPGA较强的信号并行处理特性使其与DSP信号处理能力差距很小。因此，FPGA作为处理核心的通用信号处理系统具有很强的可实施性。 @@ 基于上述要求，作者设计和完成了一个基于多FPGA的通用实时信号处理系统。该系统采用4片XC3SD1800A作为处理核心，使用DDR2 SDRAM高速存储实时数据。作者通过全面的分析，设计了核心板、底板和应用板分离系统架构。该平台能够根据实际需求进行灵活的搭配，核心板之间的数据传输采用了LVDS(低电压差分信号)技术，从而使得数据能够稳定的以非常高的速率进行传输。 @@ 本系统属于高速数字电路的设计范畴，因此必须重视信号完整性的设计与分析问题，作者根据高速电路的设计惯例和软件辅助设计的方法，在分析和论证了阻抗控制、PCB堆叠、PCB布局布线等约束的基础上，顺利地完成了PCB绘制与调试工作。 @@ 作为系统设计的重要环节，作者还在文中研究了在系统设计过程中出现的电源完整性问题，并给出了解决办法。 @@ LVDS高速数据通道接口和DDR2存储器接口设计决定本系统的使用性能，本文基于所选的FPGA芯片进行了详细的阐述和验证。并结合系统的核心板和底板，完成了应用板，视频图像采集、USB、音频、LCD和LED矩阵模块显示等接口的设计工作，对其中的部分接口进行了逻辑验证。 @@ 经过测试，该通用的信号处理平台具有实时性好、通用性强、可扩展和可重构等特点，能够满足当前一些信号处理系统对高速、实时处理的要求，可以广泛应用于实时信号处理领域。通过本平台的研究和开发工作，为进一步研究和设计通用、实时信号处理系统打下了坚实的基础。 @@关键词：通用实时信号处理；FPGA；信号完整性；DDR2；LVDS
上传时间： 2013-05-27
上传用户：qiaoyue
现代电子系统中，FIR数字滤波器作为数字信号处理技术的重要组成部分，以其良好的线性特性在许多领域内被广泛的应用。在工程实践中，往往要求信号处理具有实时性和灵活性，而已有的一些软件和硬件实现方式则难以同时达到这两方面的要求。 随着可编程逻辑器件和EDA技术的发展，越来越多的人开始应用FPGA实现FIR滤波器，既保证了信号处理的实时性，又可兼顾灵活性的要求。但是普遍存在的问题是不能根据被滤波信号特点动态调整滤波器的滤波系数，只能完成单一特性的滤波工作。 本文将FPGA的快速性和计算机的灵活性通过USB2.0总线有机地结合起来，设计了一个基于FPGA的可调参数FIR滤波系统。此系统由计算机根据各种滤波器指标计算出滤波参数，通过USB2.0对FPGA芯片内部的FIR多阶滤波器进行参数配置，实现数字滤波器参数可调；配置后的FPGA滤波单元完成对A/D采集的信号进行滤波运算，滤波后的数据经过缓存后通过USB2.0总线传输至计算机进行显示、分析和储存等进一步处理。在系统中采用有限状态机对FPGA参数配置模式和滤波模式进行切换，保证了系统的有序运行。 本文通过性能测试和应用实例对系统进行验证。实验证明：该基于FPGA的可调参数FIR滤波系统参数配置方便，可以根据实际需要动态调整滤波参数，并且滤波效果良好，可有效滤除噪声信号。
上传时间： 2013-07-26
上传用户：KSLYZ
本论文基于直接扩频通信的理论设计了一种全数字的中频接收机，使用Xilinx公司的FPGA芯片xc3s400作为接收机的主芯片，实现中频数字信号的下变频，基带解调，PN码的捕获及跟踪环路的设计并给出了它们的具体设计步骤及RTL级逻辑电路图。本文对于数字下变频器的设计、数字抑制载波恢复环的设计进行了详细的论述，还使用Matlab中的Simulink对本接收机系统所要使用的全数字Costas环进行了功能仿真并给出了仿真结果。 本文使用高速模数转换器AD9601对中频模拟信号进行采样，最后再用高速数模转换器AD9740还原出原始信息，并给出了它们与核心芯片xc3s400的接口设计方法及原理电路图。
上传时间： 2013-07-30
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现代数字信号处理对实时性提出了很高的要求，当最快的数字信号处理器(DSP)仍无法达到速度要求时，唯一的选择是增加处理器的数目，或采用客户定制的门阵列产品。随着可编程逻辑器件技术的发展，具有强大并行处理能力的现场可编程门阵列(FPGA)在成本、性能、体积等方面都显示出了优势。本文以此为背景，研究了基于FPGA的快速傅立叶变换、数字滤波、相关运算等数字信号处理算法的高效实现。 首先，针对图像声纳实时性的要求和FPGA片内资源的限制，设计了级联和并行递归两种结构的FFT处理器。文中详细讨论了利用流水线技术和并行处理技术提高FFT处理器运算速度的方法，并针对蝶形运算的特点提出了一些优化和改进措施。 其次，分析了具有相同结构的数字滤波和相关运算的特点，采用了有乘法器和无乘法器两种结构实现乘累加(MAC)运算。无乘法器结构采用分布式算法(DA)，将乘法运算转化为FPGA易于实现的查表和移位累加操作，显著提高了运算效率。此外，还对相关运算的时域多MAC方法及频域FFT方法进行了研究。 最后，完成了图像声纳预处理模块。在一片EP2S60上实现了对160路信号的接收、滤波、正交变换以及发送等处理。实验表明，本论文所有算法均达到了设计要求。
上传时间： 2013-06-09
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