混合同余法产生随机噪声的FPGA实现

M表，计数器模块在FPGA的控制下从ROM表中读出数据送往DAC，通过数模转换就可以得到高斯白噪声。

下面对噪声发生器设计的各个部分进行分析，并在FPGA中仿真实现。

3 系统仿真

在PC主控端，利用MATLAB工具基于混合同余法产生高斯白噪声数据。图2是MATLAB仿真结果图，分别绘出了利用混合同余法时产生的均匀分布序列和在均匀序列基础上产生的正态分布序列，以及它们的频率分布情况。从仿真结果可以看出，仿真生成的随机序列的统计特性和单位正态分布十分吻合。产生的高斯白噪声满足噪声随机性和统计特性的要求，在PC主控端可以通过改变均值，方差和种子值，从而得到不同的服从正态分布统计特性样本，从而产生满足各种需要的高斯白噪声。将MATLAB仿真生成的随机信号数据保存成mif文件，存入ROM表中供FPGA读取使用。

本文中的FPGA设计平台选用Altera公司的StratixⅣ芯片EP4SGX230KF40C4ES，开发工具使用Quartus II和Modelsim对其进行功能仿真并观察仿真结果。

图3所示为该设计的RTL级电路，从图中可以看出，电路共有3个输入信号：使能信号en，复位信号rst_n，时钟信号clk。该电路的核心是计数器模块和ROM表模块。ROM表模块的实现使用Altera内部的LPM_ROM IP核。电路工作时，由计数器cnt产生地址信号，送给ROM表中进行寻址，在输出端就可以产生数字高斯白噪声序列。

利用Modelsim仿真工具进行仿真，可以观察到输出的高斯白噪声序列，仿真结果如图4所示。

将输出序列改成模拟形式，可以看到产生的数字高斯白噪声的波形，如图5所示。

4 结论

本设计实现的高斯白噪声发生器电路，工作稳定，并且在PC主控端可以根据不同要求，通过改变均值方差和种子值，从而得到服从正态分布统计特性的不同样本，进而得到不同种类和满足不同特性的噪声。实验结果产生的高斯白噪声符合噪声随机性和统计特性的要求，本设计可以应用在有源干扰机的工程实践中，有比较好的实用特性。