基于FPGA和ARM的建议数字信号传输性能分析仪.docVIP

PAGE \* MERGEFORMAT10 2011年全国大学生电子设计竞赛 简易数字信号传输性能分析仪（E题） 2011年9月3日 摘 要 本作品是以基于FPGA和ARM Crotex M3为核心控制器件，实现了一个简易数字信号传输性能分析仪。该系统主要由数字信号发生器，三级有源低通滤波器，伪随机信号发生器，外部高速AD9220采样电路，信号分析以及眼图显示五个部分组成。基于FPGA的数字信号发生器能够输出步进可调的曼彻斯特编码信号以及伪随机信号。数字信号经过三级滤波电路与伪随机信号进行混叠后经过AD采样后由Crotex M3进行分析，最后通过2.8’TFT彩屏输出眼图以及眼幅度、眼高等参数以及分离出同步时钟信号。其中伪随机信号输出幅度可调，通过4*4矩阵键盘可以调节数字信号发生器的数据输出速率，有源低通滤波器增益在一定范围内连续可调，带外衰减大于40dB/十倍频程。 关键词：FPGA，ARM Cortex M3，曼彻斯特编码，传输特性，眼图 Abstract This article based on microprocessor uses FPGA and ARM Cortex M3 to achieve a simple digital signal transmission performance analyzer. The system consists of digital signal generator, three active low-pass filter, pseudorandom signal generator, an external high-speed AD9220 sampling circuit, the signal eye diagram and display of the five parts. FPGA-based digital signal generator to output step adjustable Manchester encoded signal and pseudo-random signal .The digital signal is analyzed by the ARM Cortex M3 to get synchronous clock signal and finally eye diagram displayed by the 2.8’ TFT colored screen after the three active LPF and merged with pseudo-random signal and then sampled by the AD9220 circuit. The pseudo-random signal is adjustable, the speed of data rate can be adjusted by step with a 4*4 rectangle keypad and the gain of active LPF is continuously adjustable in some scope with attenuation band more than 40dB per decade frequency range. Key Words: FPGA ARM Cortex M3 Manchester encoded Transmission characteristic Eye diagram 系统方案论证与比较 系统方案比较与选择 系统主要是由信号发生器、模拟滤波电路、高速AD采样以及信号分析和同步信号的提取。核心在于信号发生器的设计和信号分析以及同步信号的提取。 方案一：利用模拟器件设计信号发生器。 信号发生器可以采用集成芯片设计，Max038是一种高速精密函数信号发生器，配合外部元件可以准确的输出高频正弦波、三角波和方波，输出频率和占空比可以通过调整电流、电压或电阻来分别控制。为了实现数字信号发生器的步进可调还需要利用MCU对Max038进行控制，再加上曼彻斯特编码实现电路之后就可以实现数字信号发生器，但是这种方法对硬件电路要求对电流、电压和电阻精确度都很高，输出信号频率步进可调实际实现比较困难。 图1.1使用模拟器件设计信号发生器 方案二：使用FPGA设计信号发生器，再用FPGA或者DSP做信号分析和同步信号的提取。FPGA的优点是能够提供精确的时钟综合，处理速度快、内部资源丰富的特点，因此利用FPGA来设计数字信号发生器和高速（10Mbps）伪随机信号发生器。但题目要数字信号发生器和数字信号分析电路各自制作一块电路板，所以使用两块F