基于FPGA的数字相位计的研究与实现

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1、基TFPGA的数字相位计的研究与实现摘要本文结合工程需要详细论述了一种数字相位计的实现方法，该方法是基于FF(；A(现场可编程门阵列)芯片运用FFT(快速傅立叶变换)算法完成的。本文首先从相位测量的原理出发，分析了传统相位计的缺点，给出了—种高可靠性的相位检测实用算法，其算法核心是对采集信号进行FFr变换，通过蜘普分析，实现对参考信号和测量信号初相位的检测，并同时阐述了FPGA在实现数字相位计核心FFT算法中的优势。在基于FPGA的FFrr算法实现中，本文深入的研究了FFT算法的特点，细致分析了算法实现的硬件结构特征，并对算法的硬件结构进行了进一步的优化。在优化的硬件结构中，利用多个乘

2、法器并行运算的方式加快了蝶形运算单元的运算速度；内置双端口RAM、旋转因子ROM使数据存储的速度得到提高；采用了流水线的工作方式使数据的存储、运算在时间上达到匹配。整个设计采用VHDL(超高速硬件描述语言)语言作为系统内部硬件结构的描述手段，在Altera的QuartusII软件支持下完成，并给出了仿真结果。仿真结果表明，基于FPGA实现的FFrr算法无论在速度和精度上都满足了相位测量的需要，其运算64点数据仅需27．5us，最大误差在1％之内。由此可见，FPGA作为一种新兴的芯片，其运算速度快，可重构功能强，开发周期短，未来必将在现代电子系统设计中占有重要地位。关键词；数字相位计、F

3、PGA、FFT、VttDL基于FPGA的数字相位计的研究与实现AbstractAccordingtothespecialrequirementsinthepracticalproject,awayofdigitalphasedetectorisstudiedinthis吐lesiS．whichisbasedonFPGAandFFTalgorithm．Thethesisthatbeginswiththeoryofphasedetectionandanalysestheshortcomingsoftraditionalphasedetectordemonstratesahighlyreli

4、ablephasedetectionalgofithm．Fmthermore,byusingFFTandanalyzingthespectrum，weimplementthephase-detctingofreferencesignalandmeasurementsignal．Meanwhile,therite．sisexpoundstheadvantagesofFPGAinrealizationofFFTalgorithm．／nthecourseofH叮realizationbasedonFPGA．thethesisprofoundlystudiesthecharacter0fFFT

5、algorithmanddetailedlyanalysesthehardwaresmlcturalw,titsofalgorithmimplementation．Inthemeantime，itdeeplyoptiinizesthehardwarestructure．IntheoptimizedhRrdwares'血alcmre,manymultipliersparallelcomputationisadoptedtoacceleratethecomputingspeedofbutterfly．Inadditiort,dual-RAMandtwiddling-factorROMare

6、builtinsidethesystemtoenhalnoethespeedofdma廿趣lsformation，Meanwhilethepipelinepatternisusedtocoincidethedatacomputationwiththedataaccess．Inthedesi舒,VI-ISICHardwareDescriptionLanguage(VHDL)iSusedtodescribethecircuitWiflathehelpoftheQuartusIIsoftwareof№thedesignoffersthesimulationresult．Thesimulati

7、oaresultsshowsthatFFTphase-detectingalgorithmbasedonFPGAmeetstheneedsofphasedetectionregardlessofspeedandprecision．Moreover,itscomputing64-pointdataonlyncP．x]s27．5usandthemosterroriswithinl％．Therefore．FPGAisusedasaninnovatio