基于FPGA的多通道頻率檢測技術(shù)方案

　　3.1 延時器的實現(xiàn)

　　本延時器采用FPGA提供的專用存取模塊FIFO來實現(xiàn)32周期延時，其架構(gòu)體系如圖5所示。圖中，每個延遲單元即是一個FIFO模塊，F(xiàn)IFO的數(shù)據(jù)輸出特點為先入先出。在本設計中，第一級延遲器的輸出數(shù)據(jù)將作為下一個延遲器的輸入數(shù)據(jù)，就相當于第一級FIFO的數(shù)據(jù)按先進先出的順序依次向第二級FIFO壓入，相鄰兩級的將滿標志與讀使能信號進行握手協(xié)議，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的延遲輸出。這樣，設計8個同樣結(jié)構(gòu)的FIFO并進行串行級聯(lián)，即可滿足該結(jié)構(gòu)的設計要求。

　　3.2 系數(shù)存儲模塊

　　對于256階原型低通濾波器，可以將h（0），h（1），…，h（255）這256個系數(shù)分成八組，每組32個，分別存儲到八個存儲器當中，存儲器0存儲的系數(shù)為：h（0），h（1），…，h（31）；存儲器1存儲的系數(shù)為：h（32），h（33），…，h（63）；以此類推。存儲器可使用邏輯（LUT）實現(xiàn)，也可使用專用存儲模塊Block RAM來實現(xiàn)。FIFO中的目標數(shù)據(jù)和存儲器中系數(shù)做乘法運算時，兩者的對應關(guān)系如圖6所示（以7號存儲器為例）。

　　當8個數(shù)據(jù)存儲器的最后一個單元數(shù)據(jù)被讀出時，8個系數(shù)存儲器的0號地址單元的系數(shù)也將同時被讀出，然后分別作乘累加，最后作為y（0）輸出。同理，當8個數(shù)據(jù)存儲器的第二個數(shù)據(jù)被讀出時，8個系數(shù)存儲器的1號地址單元的系數(shù)也同時被讀出，然后分別作乘累加，最后的結(jié)果作為y（1）輸出，以此類推，得出全部y（2）~y（31）的輸出。最后將y（0）~y（31）作為FFT的輸入數(shù)據(jù)進行32點FFT運算。

　　3.3 FFT的實現(xiàn)

　　設計中的FFT變換可通過調(diào)用Xilinx的IP核來實現(xiàn)。FFT采用流水型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠?qū)B續(xù)數(shù)據(jù)流進行處理，只是結(jié)果上有若干周期的延遲。FFT核的輸入輸出的引腳關(guān)系如圖7所示。

　　3.4 仿真結(jié)果

　　FPGA的設計軟件可采用ALDEC公司的Active_HDL8.2,并可用Testbench文件對所設計模塊進行仿真。Testbench文件讀取時，可由Matlab產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)作為FPGA仿真的激勵信號，信號形式采用28.1MHz的單頻信號：

　　將信號數(shù)據(jù)送入圖4所構(gòu)建的系統(tǒng)后，即可在ALDEC下得到圖8所示的仿真波形。

　　由圖8可以看到，該仿真結(jié)果在第3號通道上有信號輸出，這與圖3中用Matlab仿真的結(jié)果一致，從而驗證該模塊設計的正確性。

　　4 結(jié)束語

　　本文針對多信道頻率檢測技術(shù)進行了研究，并在傳統(tǒng)檢測方法的基礎上，結(jié)合FPGA的特點，構(gòu)建了一種基于DFT多相濾波器組信道化的高效結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可解決頻率截獲概率與頻率分辨力的矛盾，同時也為實現(xiàn)全概率頻率捕獲提供一種參考方案。經(jīng)過仿真及測試驗證，該方案能滿足檢測指標要求，從而為多信道頻率檢測技術(shù)提供一種設計參考。