基于FPGA的多通道頻率檢測(cè)技術(shù)方案

　　3.1 延時(shí)器的實(shí)現(xiàn)

　　本延時(shí)器采用FPGA提供的專用存取模塊FIFO來實(shí)現(xiàn)32周期延時(shí)，其架構(gòu)體系如圖5所示。圖中，每個(gè)延遲單元即是一個(gè)FIFO模塊，F(xiàn)IFO的數(shù)據(jù)輸出特點(diǎn)為先入先出。在本設(shè)計(jì)中，第一級(jí)延遲器的輸出數(shù)據(jù)將作為下一個(gè)延遲器的輸入數(shù)據(jù)，就相當(dāng)于第一級(jí)FIFO的數(shù)據(jù)按先進(jìn)先出的順序依次向第二級(jí)FIFO壓入，相鄰兩級(jí)的將滿標(biāo)志與讀使能信號(hào)進(jìn)行握手協(xié)議，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的延遲輸出。這樣，設(shè)計(jì)8個(gè)同樣結(jié)構(gòu)的FIFO并進(jìn)行串行級(jí)聯(lián)，即可滿足該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。

　　3.2 系數(shù)存儲(chǔ)模塊

　　對(duì)于256階原型低通濾波器，可以將h（0），h（1），…，h（255）這256個(gè)系數(shù)分成八組，每組32個(gè)，分別存儲(chǔ)到八個(gè)存儲(chǔ)器當(dāng)中，存儲(chǔ)器0存儲(chǔ)的系數(shù)為：h（0），h（1），…，h（31）；存儲(chǔ)器1存儲(chǔ)的系數(shù)為：h（32），h（33），…，h（63）；以此類推。存儲(chǔ)器可使用邏輯（LUT）實(shí)現(xiàn)，也可使用專用存儲(chǔ)模塊Block RAM來實(shí)現(xiàn)。FIFO中的目標(biāo)數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)器中系數(shù)做乘法運(yùn)算時(shí)，兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖6所示（以7號(hào)存儲(chǔ)器為例）。

　　當(dāng)8個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的最后一個(gè)單元數(shù)據(jù)被讀出時(shí)，8個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器的0號(hào)地址單元的系數(shù)也將同時(shí)被讀出，然后分別作乘累加，最后作為y（0）輸出。同理，當(dāng)8個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的第二個(gè)數(shù)據(jù)被讀出時(shí)，8個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器的1號(hào)地址單元的系數(shù)也同時(shí)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(jìn)行32點(diǎn)FFT運(yùn)算。

　　3.3 FFT的實(shí)現(xiàn)

　　設(shè)計(jì)中的FFT變換可通過調(diào)用Xilinx的IP核來實(shí)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(jìn)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(shè)計(jì)軟件可采用ALDEC公司的Active_HDL8.2,并可用Testbench文件對(duì)所設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行仿真。Testbench文件讀取時(shí)，可由Matlab產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)作為FPGA仿真的激勵(lì)信號(hào)，信號(hào)形式采用28.1MHz的單頻信號(hào)：

　　將信號(hào)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(hào)通道上有信號(hào)輸出，這與圖3中用Matlab仿真的結(jié)果一致，從而驗(yàn)證該模塊設(shè)計(jì)的正確性。

　　4 結(jié)束語

　　本文針對(duì)多信道頻率檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究，并在傳統(tǒng)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合FPGA的特點(diǎn)，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(shí)也為實(shí)現(xiàn)全概率頻率捕獲提供一種參考方案。經(jīng)過仿真及測(cè)試驗(yàn)證，該方案能滿足檢測(cè)指標(biāo)要求，從而為多信道頻率檢測(cè)技術(shù)提供一種設(shè)計(jì)參考。