在FPGA上建立一個UWB脈沖發(fā)生器

用大多數(shù)FPGA都可以實現(xiàn)一個數(shù)字UWB(超寬帶)脈沖發(fā)生器。本設(shè)計可以創(chuàng)建一個兩倍于FPGA時鐘頻率的脈沖信號(圖1)。以前的設(shè)計要采用異步延遲，才能制造出所需頻率的脈沖。不過該設(shè)計需要一只支持三態(tài)上拉的FPGA，如Xilinx公司的Virtex 2(參考文獻1)。這種方案亦需要手工布局與布線。今天的FPGA都不支持三態(tài)上拉。另外，異步延遲會隨溫度而變化。本例采用了一種有多時鐘相位組合的同步延遲方案。這一設(shè)計可以實現(xiàn)于所有類別的FPGA上。

　　本設(shè)計中的主要限制因素是DCM(數(shù)字時鐘管理器)以及觸發(fā)器的主時鐘頻率。例如，Xilinx公司Virtex 4的DCM不能超過400 MHz。一片F(xiàn)PGA可以生成頻率為時鐘頻率一半的信號，因為它用兩個時鐘脈沖使信號從0轉(zhuǎn)換為1，再回到0。因此，不能直接生成大于時鐘頻率一半的頻率。本設(shè)計用DCM的多時鐘相位以及小于單個時鐘周期的同步延遲，可以產(chǎn)生出高于時鐘頻率一半的脈沖信號，達到時鐘頻率的兩倍。

　　圖2即所稱的脈沖發(fā)生器。它包括三個功能塊：一個OOK(on/off鍵控)調(diào)制器、一個同步延遲發(fā)生器，還有一個包含一只異或門的邊沿結(jié)合器。OOK調(diào)制器由一只反相器構(gòu)成，它在每個新脈沖的開始時作為脈沖重復(fù)頻率信號觸發(fā)器。當發(fā)生一個觸發(fā)時，OOK電路將一個預(yù)初始化的信號轉(zhuǎn)換成為一個時間，該時間等于來自一個脈沖帶寬的計數(shù)值，然后在下個觸發(fā)出現(xiàn)前保持為零。OOK塊產(chǎn)生的頻率是時鐘頻率的一半。這個OOK輸出通過同步延遲發(fā)生器，產(chǎn)生出三個延遲版的OOK輸出。

　　這些延遲都小于一個時鐘周期。時鐘相位依次為觸發(fā)器FF1、FF2和FF3提供時鐘，它們分別延遲90°、180°和 270°。這些延遲脈沖再使用組合邏輯，與OOK調(diào)幅器的輸出相結(jié)合，產(chǎn)生出UWB脈沖所需要的頻率。邊沿結(jié)合器完成一次XOR(異或)運算，獲得的信號頻率取決于希望組合的邊沿。將OOK輸出邊沿與FF1 輸出相結(jié)合，就得到一個等于時鐘頻率的信號。將所有輸出邊沿結(jié)合起來，就得到一個兩倍于時鐘頻率的信號。DCM對這些延遲做同步，產(chǎn)生一個精確的信號頻率。本設(shè)計的復(fù)雜性小于參考文獻1中的異步延遲方案。