基于DDS的勵磁恒流源設計
2 勵磁恒流源的硬件設計
勵磁信號發(fā)生器電路系統(tǒng)主要由基于FPGA的DDS電路、MCU控制電路、DAC電路、低通濾波器(LPF)、人機接口、系統(tǒng)時鐘和系統(tǒng)電源構成。系統(tǒng)框圖,如圖2所示。本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/156064.htm
2.1 基于FPGA的DDS電路
2.1.1 相位累加器
對于利用FPGA設計DDS信號源,相位累加器是決定DDS電路性能的一個關鍵部分。相位累加器是由N位累加器和N位寄存器級聯構成,每來一個時鐘脈沖,相位寄存器采樣上個時鐘周期內相位累加器的值與頻率控制字K之和,并作為相位累加器在這一時鐘周期的輸出。由式(2)可知,相位累加器的位數N越大,得到的頻率分辨率越小,但在較高的工作頻率下,會產生較大的延時不能滿足速度的要求。在時序電路中,通常采用流水線技術來提高速度,代價是增加寄存器的數量,多占了FPGA的資料。綜合考慮,采用32位累加器,四級流水線結構。
2.1.2 相位-幅度變換器
相位-幅度變換器是由ROM構成,它把相位累加器的輸出的數字相位信息變換成正弦波值。在FPGA中,ROM一般是由EAB來實現,并且ROM表的尺寸與地址位數或數據位數成指數增加的關系,因此相位-幅度轉換器的設計是影響DDS性能的另一個關鍵,在滿足信號設計指標要求的前提下,主要在于減少資源開銷??紤]到本設計只需要輸出正弦信號,正弦波信號關于點(π,0)奇對稱,只需存儲1/2周期的波形數據,又根據在左半周期內,波形關于直線x=π/2成偶對稱,因此只需要存儲1/4周期的正弦函數值,就可以通過適當的變換得到整個正弦碼表,這樣可以節(jié)約3/4的資源。
2. 2 低通濾波模塊
DDS有一個明顯的缺點,即輸出頻率越接近Nyquist帶寬的高端,采樣點數越少,其輸出的雜散干擾就越大。輸出波形具有大量的諧波分量和系統(tǒng)時鐘干擾。為得到所需頻段內的信號,需要在DDS輸出端加一濾波器來實現,而低通濾波器能較好地濾除雜波,平滑信號,所以低通濾波器的設計尤為重要,濾波特性的優(yōu)劣對輸出信號的性能起重要的影響。
為取得較好的濾波效果,濾波器采用了由四選一模擬開關和精密運算放大器分段濾波的方式:采用巴特沃斯有源低通濾波器,該濾波器通帶內幅度很平坦,濾波電路為二階巴特沃斯低通濾波電路,濾波器頻段參數的選擇由FPGA輸出的控制信號nINH,S0,S1控制模擬開關的選通實現。
2.3 幅度控制
本設計幅度控制電路采用調節(jié)DAC參考電壓的數字化控制方法,采用兩個D/A級聯的方式,數模轉換器DAC2采用外部可變基準源,通過改變基準源的值來改變輸出的滿幅度電流值,該可變基準源通過DAC1產生。DAC1的基準電壓采用輸出電壓為1.25 V精密電壓基準芯片提供,設DAC1的幅度輸出字為N1,則DAC1的參考電壓為
設DAC2的數字輸入字為N2,則經電流/電壓轉換后的輸出電壓為
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