基於fpga的實時頻譜分析系統的製作方法

2023-11-06 09:29:32

基於fpga的實時頻譜分析系統的製作方法
【專利摘要】本發明屬於信號測試測量領域，尤其涉及一種基於FPGA的實時頻譜分析系統。本發明的基於FPGA的實時頻譜分析系統，包括衰減器、低通濾波器、混頻器、中頻濾波器、模數轉換模塊、數據處理及交換系統、可變本振發生器，衰減器通過低通濾波器連接混頻器，混頻器依次通過中頻濾波器、模數轉換模塊與數據處理及交換系統連接，數據處理及交換系統通過可變本振發生器反饋回混頻器。本設計利用FPGA的完全並行結構實現FFT，解決了實時系統的主要矛盾，這種實現頻譜分析的方法可以得到比模擬實現更高的頻率解析度。
【專利說明】基於FPGA的實時頻譜分析系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於信號測試測量領域，尤其涉及一種基於FPGA的實時頻譜分析系統。
【背景技術】[0002]頻譜分析作為近代的信號分析方法，是電子產品研發、生產、檢驗的重要工具，而高解析度、寬頻帶數字頻譜分析方法的研究一直是該領域的熱點.目前數字頻譜分析在實現方式上主要有:基於計算機處理的準實時頻譜分析(或稱為軟體頻譜分析)、基於通用DSP處理器(比如TI或AD公司器件)的實時頻譜分析。前者由於採用軟體處理，故實時性很差(數據先採樣、存儲後處理)，且系統成本很高.對於通用DSP處理器實現的分析系統，在實時性上雖遠遠高於前者，其乘加運算採用硬體實現，且系統採用流水線方式，但數據本身的組織及處理過程(順序工作方式)使其在高速場合往往需多片並行應用，這樣系統的設計和編程難度較大，且成本較高。

【發明內容】

[0003]本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種基於FPGA的實時頻譜分析系統，其實現頻譜分析的方法可以得到比模擬實現更高的頻率解析度。
[0004]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:其包括衰減器、低通濾波器、混頻器、中頻濾波器、模數轉換模塊、數據處理及交換系統、可變本振發生器，衰減器通過低通濾波器連接混頻器，混頻器依次通過中頻濾波器、模數轉換模塊與數據處理及交換系統連接，數據處理及交換系統通過可變本振發生器反饋回混頻器。
[0005]要實現系統高的實時性，除了提高FFT運算的速度外，系統的數據流組織方實現，數據傳輸方式充分考慮處理器的特點，在各個環節上都以低耗時為設計目標。為保證ADC輸入動態範圍的要求和對特定幹擾的抑制，信號首先進行預處理.根據採樣定理，輸入ADC的信號必須小於採樣頻率的I / 2.ADC是完成從模擬到數字的關鍵環節，它的精度和速度直接決定了頻譜分析儀的性能，所以ADC應儘量選用精度和速度都比較高的晶片.PSD運算網模塊主要由FFT實現、功率譜計算兩部分組成，它們的速度直接由算法和乘加運算決定.為了實現高的實時性，兩部分全部採用硬體來完成.經PSD運算後的數據，在NIOS中加以存儲並顯示。為了控制及協調整個系統的數據傳輸以及必要的數據處理，並且為每個部分電路提供工作時鐘，通過使用Cyc lone II中的硬體PLL提供基時鐘，然後用計數器對基時鐘進行分頻得到各環節所需要的時鐘。
[0006]FFT並行結構對於一個N點的序列X (η)，其離散傅立葉變換可表示為:
【權利要求】
1.一種基於FPGA的實時頻譜分析系統，其特徵在於，包括衰減器、低通濾波器、混頻器、中頻濾波器、模數轉換模塊、數據處理及交換系統、可變本振發生器，衰減器通過低通濾波器連接混頻器，混頻器依次通過中頻濾波器、模數轉換模塊與數據處理及交換系統連接，數據處理及交換系統通過可變本振發生器反饋回混頻器。
2.根據權利要求1所述的基於FPGA的實時頻譜分析系統，其特徵在於，所述的衰減器，其衰減值是步進的，完成儀表內部的協調，保證信號在輸入混頻器時處在合適的電平上，防止發生過載、增益和失真。
3.根據權利要求1所述的基於FPGA的實時頻譜分析系統，其特徵在於，所述的低通濾波器，其阻止高頻信號到達混頻器，防止帶外信號與本振相混頻在中頻模塊產生多餘的頻率響應。
4.根據權利要求1所述的基於FPGA的實時頻譜分析系統，其特徵在於，所述的混頻器，其混頻前將系統頻率調諧至要求的頻率範圍，產生中頻信號。
5.根據權利要求1所述的基於FPGA的實時頻譜分析系統，其特徵在於，所述的中頻濾波器，其過濾掉中間頻段的信號，保留大幅度的信號。
6.根據權利要求1所述的基於FPGA的實時頻譜分析系統，其特徵在於，所述的數據處理及交換系統，其採用數字顯示，確定對每個顯示數據點用對應的值來代表，無論顯示器上使用多少個數據點，每個數據點必須能代表某個頻率範圍或某段時間間隔內出現的信號。
【文檔編號】G01R23/165GK103809024SQ201210447761
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月9日 優先權日:2012年11月9日
【發明者】竇俊, 呂華平 申請人:江蘇綠揚電子儀器集團有限公司