FPGA實現的任意波形發生器的設計

下面介紹超進位流水線累加器的構成，比較流水線累加器內部結構圖和超前進位加法器的32位相位累加器的結構圖，可以看出兩個圖的區別，經過編譯以后的報告如圖8所示，可以看出經過改進后，編譯的最大工作頻率提高到了336．7 MHz。比單純的流水線累加器提高了將近20 MHz。
圖9是其時序仿真圖，從圖上可以看出，其值完全和功能仿真一致。
1．3 雙口RAM設計
在設計波形存取電路時，首先應確定波形RAM的深度和字長。波形RAM的深度和字長與很多因素有關系。存儲器內部存儲的是一個或N個整周期的標準波形數據，存儲器容量越大，存儲的被采樣波形點數就越多，采樣效果就越好。存儲器的讀取速度是產生高頻波形的重要保證，讀取速度必須滿足相位累加器的累加速度，這樣才能保證直接數字合成過程的正常進行。同時，為了保證整個速度的同步性，選用一種同步RAM也是很必要的。
首先要確定波形RAM的深度和字長，由于任意波形發生器設計中選擇的DAC的字長是12位，很明顯波形RAM的字長也應該是12位；由于選擇的地址線位數為12位(即相位累加器輸出的高12位)，尋址空間為4 K(4 096)個單元，即RAM存儲空間應為4 096x12 bit=49 152 bits，由于本設計所選擇的FPGA內部RAM最大可配置為119 808 bits，完全可以滿足49 152 bits的RAM空間設計。所以波形RAM設計為字長12位，地址線12位。針對任意波形發生器與普通DDS的不同，波形RAM的設計主要要求RAM具有讀寫兩個端口，這樣可以通過兩套地址系統，方便地進行RAM內容更新，即對RAM的寫操作；波形幅度量化數據的輸出，即對RAM的讀操作。結合ALTERA公司FPGA的特點，選擇了EP2C5F256C6這個芯片內部的雙口RAM來實現這個功能，如圖lO所示。

芯片內部的雙口RAM具有讀地址和寫地址兩組地址線，數據線也分成了讀數據線和寫數據線兩組。這樣波形RAM的設計就非常簡單了，將寫數據線、寫地址線和單片機的數據線、地址線相連，用單片機更新RAM中的數據；將讀地址線和讀數據線分別與相位累加器的輸出和DAC的數據輸入相連，讀數據線上即輸出了波形幅度量化數據。

2 結束語
本文詳細闡述了產生任意波形數據和基于FPGA的硬件設計部分，以QuartusⅡ8．O軟件平臺作為開發工具，選用CycloneII系列的EP2C5-F256C6 FPGA芯片實現DDS結構中的數字部分，其中相位累加器是DDS的核心部件，重點闡述了相位累加器部分的設計，采用8級流水線結構借助前5級的超前進位模塊，編譯的最高工作頻率，由317．97 MHz提高到336．7 MHz，采用此種設計方法，節約了成本，縮短了開發周期，具有可行性。