基于FPGA技术的数字相关器的设计与实现

1　引　言

同步在通信系统中占有非常重要的地位，同步系统性能的高低在很大程度上决定了通信系统的质量，甚至通信的成败。相关器是同步系统的关键部件之一，因此，要求相关器须有比其它部件更高的可靠性。实际应用中，相关器可用软件实现也可用硬件电路实现，后者更适合于高速数据通信中的相关检测。本文在总结一般数字相关器设计的基础上，设计实现了一种高性能的数字相关器。  

数字相关器的一般原理如图1所示。

图1 数字相关器的一般原理

相关器以数倍接收数据bit速率对所输入的接收数据取样，每个取样bit移入数据输入寄存器，然后逐bit地与存贮在基准寄存器中的基准字进行比较，若两者一致，输出正相关脉冲，若输入数据bit与基准字补码相一致，则输出负相关脉冲。正相关和负相关所允许的最大不一致bit数分别存贮在相关器的上限寄存器和下限寄存器里。快时钟频率一般是慢时钟的数十倍，相关计数判决在快时钟的后半周之内必须完成。因此，时序控制比较复杂，而且输出相关峰的宽度很窄（半个快时钟周期），系统工作时容易造成丢峰、漏峰等不良后果，给系统带来了潜在的不稳定因素，且增加了系统内在功耗。为此，本文提出一种用VHDL设计的在FPGA器件中实现的高速硬件相关器（无快时钟，适时运算处理）的设计方法。  

2　用VHDL设计数字相关器  

用VHDL设计数字相关器的逻辑框图如图2所示。

图2 字相关器的逻辑框图

本文用VHDL设计的数字相关器，仅需一个数据时钟，避免了复杂的时序控制，它采用适时运算处理，所得相关峰的宽度是一个数据比特，比较容易捕获，不会产生丢峰漏峰等不良现象，提高了相关器的可靠性。  

下面给出32－bit数字相关器的部分VHDL源程序。

3　FPGA实现32-bit数字相关器  

本设计选用XC4044XLA FPGA芯片实现，开发工具是XILINX公司的FoundationSeries3．1i。相关器仅占该芯片部分资源，该芯片其余资源为同步系统中其它部件所用。下面给出该相关器测试结果。给相关器设置32位相关码：将0F7ADH、96E8H依次由低到高置入相关码寄存器中，其接收数据中的独特码与相关码相同，测试结果如图3所示。   

                                                   图3测试结果  

4　结束语　　  

用VHDL设计在FPGA芯片中实现数字相关器，简化了相关器复杂的逻辑电路设计，降低了相关器的功耗，提高了相关器的可靠性。该相关器已成功地应用于某无线通信系统中，性能稳定可靠。