基于FPGA的载波调制系统

3载波发生器的实现

电力线路中影响衰减特性的因素很多，这就要求电力线载波机线路调制单元的载波频率可变。NCO可以产生不同频率的正弦信号抽样值。如图3所示，预先存储一张正弦信号ROM表，表中放有8192个抽样点的值。假设所需的载波频率为300kHz，NCO从ROM表中每隔300个点取出一个值，即可得到频率为300kHz正弦信号的抽样值。在实现中正弦信号ROM表的是通过对频率为1Hz的正弦信号在一个周期内进行8192次等间隔采样得到的。由于频率分辨率为1kHz,所以根据需要载波频率的不同，NCO改变抽取点间的间隔，就能在一定范围内得到任何1kHz整数倍频率的正弦信号抽样值。

图3 NCO内部原理图

图4 NCO设计流程

正弦信号具有重复性，因此设计时只需存放四分之一个周期的值，即2048个抽样值。这样节约了大量的ROM空间和存储单元。NCO的流程如图4所示。

正弦信号和余弦信号仅仅是相位上偏差了90°，因此每次从ram中取正弦信号抽样值的时候，将地址指针延迟四分之一周期就能取出与之严格同步的余弦信号值。设计时NCO采用了双时钟结构，CLK为低频时钟，CLK1为高频时钟。在低频时钟内使用一个地址指针控制提取两路载波的地址，在高频时钟内根据地址依次提取正弦和余弦抽样值。低频时钟控制地址指针的变换，在时钟上升延到来时变更指针。CLK经过一个周期的时间内，CLK1经过6个周期：前三个周期空等待，等待地址指针m的刷新；而后的三个周期依次根据地址取出正弦余弦的抽样值，并作同步输出。

性能测试与分析

采用本文中方案所设计的语音信号调制单元，通过一次变频的方式完成单边带调制，除了在体积和可靠性具有无可比拟的优势外，其他性能指标也有了很大的改进。通过实测，其主要性能指标如表1所示。

结论

满足设计的芯片有多种，例如，Atlera公司的Cyclone芯片EP1C12Q240C8、EP2C5Q208C8、EP1C12Q240C8等。从成本和实用角度考虑，在调制系统地设计中采用芯片EP1C6Q240C8，实现了完整的单边带线路调制单元，经过测试性能良好。仅用一片FPGA芯片，通过数字化的方式来实现线路调制，和以往的模拟实现方法相比，是一种技术的革新和进步。采用数字化的实现方法后，整机的体积减小、成本低，可靠性有了很大的提高。用FPGA实现线路调制是一种有效的方法，为电力线载波机增加了相当的市场竞争力。