DFT频谱分析系统的FPGA设计与实现.pdf

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1、2010年第29卷第8期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)113DFT频谱分析系统的FPGA设计与实现陈至坤，李胜，陈韬，王福斌，孙晓磊(1．河北理3-大学计算机与自动控制学院，河北唐山063009；2．天津市德力电子仪器有限公司，天津300113；3．东北大学机械3-程与自动化学院，辽宁沈阳110004；4．天津大学电信学院。天津300072)摘要：设计与实现了一种基于FPGA的DFT频谱分析系统。系统对16384点采样数据进行处理，信号频谱分辨率带宽RBW达到30kHz。相同

2、条件下，与FFr快速频谱算法相比，采用Dvr设计占用芯片资源少，降低了设计成本。设计中采用NCOIPCore实时计算正弦和余弦样本，而不需要样本存储器，节省了ROM资源。同时，系统采用流水线工作方式，每场数据处理时间为22ms，保证了系统的处理速度，实时性较好。本系统已成功应用于实际工程之中。关键词：现场可编程(逻辑)门阵列；离散傅里叶变换；NCO模块；频谱分析中图分类号：TN911．72文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)08-0113-04Designandrealization0fDFTspectrumanal

3、ysissystembased0nFPGACHENZhi．kun，LISheng，CHENTao。WANGFu。bin，SUNXiao—lei(1．ComputerandAutomaticControlCollege，HebeiPolytechnicUniversity，Tangshan063009，China；2．TianjinDeviserElectronicInstrumentCo．Ltd．Tianjin300113，China；3．MechanicalEngineeringandAutomaticCoHege，Northeas

4、ternUniversity，Shenyang110004，China；4．SchoolofElectronicandInformationEngineering，TianjinUniversity，Tianjin300072，China；)Abstract：AdiscreteFouriertransform(DFr)spectrumanalysissystembasedonfieldprogrammablegatearrays(FPGA)hasbeendesignedandrealized．Thissystemdealwith163

5、84pointssampleddata，signalspectralRBWreachto30KHz．ComparedwiththeFfTr．DFTalgorithmoccupieslesschipresourcesandreducesdesigncost．Inthedesign，aNCOIPCoreisusedtocalculatetheSinandCosSamplesinsteadofsamplesmemory．Theentiredesignadoptspipelinearchitecturetoensurethesystem’Ss

6、peedandreducethewasteoftime，processingtimeis22ms．Thesystemhasbeensuccessfullyusedinpracticalengineering．Keywords：fieldprogrammablegatearrays(FPGA)；discreteFouriertransform(DFr)；NCOmodule；spectrumanalysis0引言现软件算法，大大提高了运算速度，解决了DFT运算量大、有限长序列离散傅里叶变换(discreteFouriertrans．消耗时

7、间长、实时性不好等实际应用的问题。另外，在用form，DFF)和快速傅里叶变换(FFT)是数字信号频谱分析FPGA计算频谱时，速度已不是频谱计算的瓶颈，更重要的是资源的合理应用J。本文将详细介绍DFT频谱分析算的基本算法。～般来说，FFr算法由于利用了DFT的一些法的FPGA设计与实现。固有特性，减少了DFT运算量，是计算信号频谱的常用方1DFT频谱分析系统总体设计法，但是在某些实际应用场合，应用DFT完成系统设计与DFF频谱分析算法的数学公式为F丌相比更有优势。数字信号处理系统过去常采用高速N一1一1的ASIC器件来实现。然而，随着

8、半导体器件技术的发展，()=∑(n)e-JN-"=∑(n)，这些专用器件已经逐渐由现场可编程(逻辑)门阵列(field=0，1，⋯，，v一1，programmablegatearrays，FPGA)代替。FPGA具有高速