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采用FPGA頻譜分析儀系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
更新時(shí)間:2017-03-07   點(diǎn)擊次數(shù):3541次

設(shè)計(jì)方案

  圖1為系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖。該系統(tǒng)采用C8051($8.5125)系列單片機(jī)中的 C8051($8.5125)F121作為控制器,CvcloneⅢ系列EP3C40F484C8($86.5000)型FPGA為數(shù)字信號(hào)算法處理單元。系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循抽樣定理,在時(shí)域內(nèi)截取一段適當(dāng)長度信號(hào),對(duì)其信號(hào)抽樣量化,按照具體的步驟求取信號(hào)的頻譜,并在LCD上顯示信號(hào)的頻譜,同時(shí)提供友好的人機(jī)會(huì)話功能。該系統(tǒng)zui小分辨率為1 Hz,可分析帶寬為0~5 MHz的各種信號(hào)。

  采用FPGA頻譜分析儀系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)詳解

  由于單片機(jī)C8051($8.5125) F121內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器,能夠有效測量自動(dòng)增益控制AGC壓差,計(jì)算出對(duì)輸入信號(hào)的放大倍數(shù);另外,該單片機(jī)內(nèi)置高速控制內(nèi)核和豐富的存儲(chǔ)器,使其能夠控制整個(gè)系統(tǒng);EP3C40F484C8($86.5000)型FPGA內(nèi)置豐富的存儲(chǔ)器資源,確保該系統(tǒng)具有足夠的空間存儲(chǔ)采集的點(diǎn)數(shù),完成離散傅里葉變換、數(shù)字濾波器、數(shù)字混頻等信號(hào)處理。

  AGC電路

  輸入信號(hào)經(jīng)高速A/D采樣,信號(hào)幅度必須滿足A/D的采樣范圍,zui高為2-3V,因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)加AGC電路。AGC電路采用AD603($6.4440)型線性增益放大器。圖3為AGC電路。

  采用FPGA頻譜分析儀系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)詳解

 

  A/D轉(zhuǎn)換電路

  ADS2806($21.5437)是一款12位A/D轉(zhuǎn)換器,其特點(diǎn)為:無雜散信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)為73 dB;信噪比(SNR)為66 dB;具有內(nèi)部和外部參考時(shí)鐘;采樣速率為32 MS/s。圖4為ADS2806($21.5437)的電路。為使A/D轉(zhuǎn)換更穩(wěn)定,在A/D轉(zhuǎn)換器的電源引腳上增加濾波電容,抑制電源噪聲。該電路結(jié)構(gòu)簡單,在時(shí)鐘CLK的驅(qū)動(dòng)下,數(shù)據(jù)端口實(shí)時(shí)輸出數(shù)據(jù),供FPGA讀取。

  采用FPGA頻譜分析儀系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)詳解

  FPGA及外圍接口模塊

  選用Cyclone($898.9000)Ⅲ系列 EP3C40F484($86.5000)型FPGA,該器件內(nèi)部有39 600個(gè)LE資源,有1 134 000 bit的存儲(chǔ)器,同時(shí)還有126個(gè)乘法器和4個(gè)PLL鎖相環(huán)。由于該器件內(nèi)部有大量資源,因而可滿足其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)數(shù)字混頻、數(shù)字濾波、以及FFT運(yùn)算。FP -GA正常工作時(shí),主要需要的外部接口有:時(shí)鐘電路、JTAG下載電路、配置器件及下載電路。圖5為FPGA的外圍接口電路。

  詳解

該系統(tǒng)能夠方便地在LCD上顯示信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)圖。操作簡單,非常適合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室學(xué)生使用。

 

文章來源:電子發(fā)燒友

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