基于FPGA的QPSK信号源的设计与实现

软件设计

QPSK信号的生成

QPSK信号产生的原理在前面已作详述，FPGA的外接60MHz时钟通过内部的时钟管理器倍频实现120MHz时钟，通过Block RAM 资源实现只读ROM，然后通过累加器进程、读QPSK码字进程、重复周期计数进程等实现DDS功能，通过乘法器还可实现输出信号的幅度控制。以下是部分源程序，采用Verilog HDL语言编写。

时钟管理单元，使用XILINX的DCM实现倍频，由60MHz变为120MHz。

dcm60 dcmclk60 (

.CLKIN_IN(clk_in),

.RST_IN("reset),

.CLKIN_IBUFG_OUT(clk_ibufg_out),

.CLK0_OUT(clk_0),

.CLK2X_OUT(clk_2x),

.LOCKED_OUT(locked_out60) );

单口只读ROM，使用IP核，实现正弦查找表，数据宽度为14位，深度为16384字（14地址位）。ROM核接收的数据文件为COE文件，然后转换为mif二进制文件格式，COE文件可通过C语言或MATLAB生成。ROM核的实现如下：

rom16384 rom16384(

.addr(dds_addr),

.clk(clk_2x),

.dout(dds_data),

.sinit("reset),);

相位累加器位数设置为32位，系统时钟120MHz，这样可实现小于0.03Hz的频率分辨率，查找表相位截取低14位。累加器进程如下：

always@(posedge clk_2x)

begin

if(dds_countT ==1'b0) //dds_countT为脉冲宽度计数器，时钟为clk_2x。

dds_start＜=1'b1;

else

dds_start＜=1'b0;

if(dds_stop=1'b0 &&dds_stop_set=1'b0) //dds_stop是周期起停标志，dds_stop_set是上位机控制起停标志

begin

if(dds_start==1'b1 )

case (psk)

2'b00:dds_acc＜=phase1;

2'b01:dds_acc＜=phase2;

2'b10:dds_acc＜=phase3;

2'b11:dds_acc＜=phase4;

endcase;

else

dds_acc＜=dds_acc + dds_freq_add;//dds_freq_add对于设置的QPSK载波频率。

end;

if(dds_countT＜=countF_set &&dds_countT＞1) // countF_set为设置的QPSK脉冲宽度对应的数值。

dds_addr＜=dds_acc[31:18] ;

else

dds_addr＜=14'b00000000000000;

end;

end;

DDS信号的控制实现

上位机通过PCI总线实现信号参数的读写控制。因本系统中只需PCI实现信号参数的控制，数据量不大，故配置PCI9054为PCI的从目标(Slave)，C模式。

在FPGA中实现参数寄存器，实时读取PCI总线的数据并更新。FPGA本地总线的读写通过三态门控制。实现代码如下：

assign data_inout=(enout)? data_out:32'bzzzzzzzz;

always@(clk)

begin

data_in＜=data_inout;

end

读写实现通过状态机程序实现，读写状态流程图如图3。



上位机程序设计

上位机安装Windows系统，传统上，PCI的驱动通过微软的DDK实现WDM驱动程序，本信号源设计中采用Windriver软件，可方便地读写主机给PCI9054系统板分配的内存及I/O资源，并可生成inf文件和基于VC等开发环境的程序文件。

结论

试验表明，以本文所介绍的方法产生的信号源具有很好的性能，5MHz时连续波点频的杂散SFDR达到70dB以上，输出信号的频率覆盖短波波段，可达30MHz以上。在实际应用中，还可以加上线性调频等其他信号形式。若信号频段在超短波以上，可用DDS产生固定中频，经数字上变频和DAC芯片（如AD公司的AD9857）上变频后输出，该方法具有很强的可扩展性。