利用FPGA實現的任意波形發生器的研究設計

　　下面就將前5級采用超前進位加法器的32位累加器和宏模塊中調用的4位全加器組成的32位相位累加器性能進行比較。

　　普通流水線累加器的模塊是由4位D觸發器，5位D觸發器和4位全加器作為基本元件，采用原理圖輸入的方法設計FPGA的流水線累加器。該模塊的設計參照流水線累加器結構進行，不同之處在于：由于相位累加器只用高位尋址，所以低位上為了和高位結果同時輸出而做延時作用的D觸發器件均被去掉了。這樣做的結果是，相位累加器輸出的低20位會因為提前輸出而混亂，但是由于高12位的輸出一定是正確的，這樣做既節省了資源，對結果又沒有任何影響。仿真結果證明假如不用流水線結構，32 bit相位累加器工作頻率最高達到約25 MHz。消耗的資源是82個LEs，而用了8級流水線結構后，編譯工作頻率最高達到了約317．79 MHz，資源消耗為186個LEs。可見在資源上的消耗換來了在性能上的極大提高。

　　流水線累加器的時序仿真如圖7所示：可以看出當輸入數據確定后，輸出結果要經過8個時鐘周期的延時后輸出，這是因為采用了8級流水結構。采用多少級流水結構，輸出就會延時多少個周期。同時也說明，對于輸入數據切換來說，該系統會有8個時鐘周期的延時，這是累加器采用流水線結構所不可避免的后果。事實上目前許多DDS專用芯片由于也采用流水線結構，所以本身也存在這樣的問題。由于8個時鐘周期的延時與系統時鐘相比，實際上還是很小的，在一般的應用場合下也是可以接受的。由于輸出的低20位未用，被省略了，只用了輸出的高12位，所以仿真波形中只有高12位的輸出結果。從輸出結果來看，高12位的輸出值是沒有錯誤的，與設計思想吻合。

　　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。