Σ χεδίαση και Κ ατασκευή Γ εννήτριας Σ υχνοτήτων με...

Σχεδίαση και Κατασκευή Γεννήτριας Συχνοτήτων με τη

Μέθοδο D.D.S

ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟΣ : ΛΑΜΠΡΟΠΟΥΛΟΣ ΜΑΝΘΟΣ

Α.Μ : 3990

ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : Κ. ΕΥΣΤΑΘΙΟΥ

Βασικά Χαρακτηριστικά της Γεννήτριας Εύρος Ζώνης Συχνοτήτων: 0 - 2 MHz Βήμα Συχνότητας : 1 Hz Πλάτος Σήματος : 0 - 10 V p-p Βήμα Πλάτους : 0,08 V DC - Offset Σήματος : (-10V) - (+10V) Βήμα Μεταβολής του DC-Offset : 0,08V

Επιπλέον Χαρακτηριστικά της Γεννήτριας

Δυνατότητα Δημιουργίας και Αποθήκευσης Τυχαίων Κυματομορφών

Δυνατότητα Δημιουργίας και Αποθήκευσης Μαθηματικών Κυματομορφών

Δυνατότητα Διαμόρφωσης P.M, F.M, A.M. Δυνατότητα Σάρωσης ενός Εύρους

Συχνοτήτων (Frequency Sweeping)

Η Θεωρία της Ψηφιακής Η Θεωρία της Ψηφιακής Σύνθεσης ΣυχνοτήτωνΣύνθεσης Συχνοτήτων

DDirect irect DDigital igital FFrequency requency SSynthesisynthesis

Δειγματοληψία Δειγματοληψία 19 Τιμών ενός 19 Τιμών ενός ΗμιτόνουΗμιτόνου

Αναπαραγωγή Αναπαραγωγή του Αρχικού του Αρχικού Σήματος με Σήματος με Διπλάσια Διπλάσια ΣυχνότηταΣυχνότητα

Το Block Διάγραμμα Λειτουργίας της D.D.S

N-bit

ACCUMULATOR

(R)

Frequency Word

(K) ADDDER

clk

output

)K)Mod(2(RR N

Παράδειγμα Λειτουργίας του Accumulator

16

0

Tout

Tclk

3

6

9 8

12

2

15

18 16

5

11

14

17

1

4

7

10

13

0

N=4, K=3

16*Tclk

Βασικές ΣχέσειςΒασικές Σχέσεις

Nclk

step 2

ff

clkNf

2

Kfout

Ολοκληρωμένη Δομή της D.D.S

ADDDER R

K

clk

Sine Generator [LOOK UP

TABLE]

DAC

LPF

N N

N

P W

K=2

Υλοποίηση τηςΥλοποίηση της D.D.S D.D.S στο στο Board Board του Συστήματοςτου Συστήματος

Δομή του Hardware στο Σύστημα

Addr_Bus

RAM

D/Ac

D/Ac DB

FPGA

Amplitude

LPF

DC - Offset

Data_Bus

Cntrl

OUT

A/Dc

INPUT

LP

T

cntrl

cntrl

z

S&H (Amplitude)

S&H (DC-Offset) cntrl

Η Μονάδα Διεπαφής του Η Μονάδα Διεπαφής του ΣυστήματοςΣυστήματος - PC_Interface - PC_Interface

WAIT

DSAS

D0D1D2D3D4D5D6

D7

WR

AS

WR

D0D1D2D3D4D5D6

D7

AS

IN/CLK1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

IN8

IN9

IN10

IN11

IN13IO 14IO15IO 16

IO 17IO 18IO 19IO

20IO 21IO 22IO 23

UPRL1

EP22V10

A02

A13

A24

A35

A46

A57

A68

A79

B0 18

B117

B2 16

B315

B4 14

B5 13

B6 12

B7 11

E19

DIR1

UPRL2

74HC245

Wait

S0S1

S2S3

CD0CD1CD2CD3

STATUS

D0D1D2D3D4D5D6D7

DCLKDPgr0

nCONFIG

WRD0D1D2D3D6D7

DSAS

DPgr0DCLK

nCONFIG

CONFIG_DONEnSTATUS

DSDS

12345678

161514131211109

SWPRL1

SW-DIP8GND

S0S1S2S3

CD0CD1CD2CD3

CD0CD1CD2CD3S0S1

S3S2

RPRL1

R_PACK

VCC

R11K

R21K

VCC VCC

CRDSCRDS

C1100nF

C2100nF

VCC VCC

VCC

4C5C6C7C8C9C

10C11C12C13C14C15C16C17C18C19C20C21C22C23C24C25C26C27C28C29C30C31C32C

1C2C3C

1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15A16A17A18A19A20A21A22A23A24A25A26A27A28A29A30A31A32A

J1

EURO

D0D1D2D3D4D5

D7

ASDSWR

D0D1D2D3D4D5

D7GNDGND

D6 D6

WRWAIT

8V15V-8V-15V -15V

-8V15V8V

GNDGND

Το Τμήμα Υλοποίησης της Το Τμήμα Υλοποίησης της ΕφαρμογήςΕφαρμογής

AMPL

AMPL_OUT

WR27

RD22

CE20

A141

A1326

A122

A1123

A1021

A924

A825

A73

A64

A55

A46

A37

A28

A19

A010

D011

D112

D213

D315

D416

D517

D618

D719

ICDA1

62256

RAM-RDRAM-WR

LE_DAC2LE_DAC2

DB_DA0

LE X012

X113

Y02

Y11

Z05

Z13

INH6

A11

B10

C9

VEE7

X14

Y15

Z4

UDA2

4053

amplitude

final_freq

DB0

LE_DAC2

amplitude

H_freq

DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7

fin_freqfin_freq

DB0

LE_DAC2

amplitude

H_freq


final_freqoffset

H_freq

analoganalog

final_freqoffset

H_freq

DB_DA1DB_DA2DB_DA3DB_DA4DB_DA5DB_DA6DB_DA7

DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7

AB0AB0AB1AB2AB3AB4AB5AB6AB7

DB0

AB8AB9AB10AB11AB12AB13


AB1AB2AB3AB4AB5AB6AB7AB8AB9

AB11AB10

AB12AB13AB14

ampl_IN

ampl_out

offset


AB14

CBP1CAP

CBP2CAP

CBP3CAP

VCC VCC VCC

VEE

RAM-RDRAM-WR

DB_DA0

LE

offsetDB_DA1DB_DA2

DB_DA7DB_DA6DB_DA5DB_DA4DB_DA3

DA_SWICHINH

ampl_IN

DC_amplDC_ampl

DB_DA0

LE

offsetDB_DA1DB_DA2


DA_SWICHINH

ampl_IN

DA_SWITCHINH

Παραγωγή των ΤάσεωνΠαραγωγή των Τάσεων DC- DC-Offset Offset και και AmplitudeAmplitude

DB_DA0

LE

Vcc

20

Iout111

lsbDI07

Iout212

DI16

DI25

Rfb9

DI34

DI416

Vref8

DI515

DI614

msbDI713

ILE19

WR218

CS1

WR12

Xfer17

UOFAM1DAC0832

VCC

VCC

VDD

3

21

84

UOFAM2A

TL082

5

67

UOFAM2B

TL082

ROFAM1

R

ROFAM2

2R

ROFAM3

2R

VSS

VDD

offset

DB_DA1DB_DA2


CBP5CAP

CBP6CAP

VDD VCC

CBP11CAP

VSS

CBP12CAP

VDD

DA_SWICH

INH

offsetoffs_D/Aampl_D/A

ampl_IN

S&HS&H

offsetoffs_D/Aampl_D/A

ampl_IN

X012

X113

Y02

Y11

Z05

Z13

INH6

A11

B10

C9

VEE7

X14

Y15

Z4

UDA1

4053

VEE

offs_D/Aampl_D/Aoffs_ampl

ampl_IN

Τα Κυκλώματα Αποθήκευσης Τα Κυκλώματα Αποθήκευσης των των DC-Offset DC-Offset και και AmplitudeAmplitude

3

21

84

US&H1A

TL084CS&H1CAPACITOR

VDD

5

67

US&H1B

TL084CS&H2CAPACITOR

VSS

offset

ampl_IN

offsetoffs_D/A

ampl_D/Aampl_IN

RS&H1

3K

RS&H23K

VCC

CS&H315n

RS&H3500Ù

offs_D/A

ampl_D/A

Κύκλωμα Αναπαραγωγής των Κύκλωμα Αναπαραγωγής των Ψηφιακών Τιμών τηςΨηφιακών Τιμών της RAM RAM

LE_DAC2

amplitude

RFRQ4

Rfb

VDD

VSS

CFRQ1

2,2uF

CFRQ5

0,1uF

CFRQ6

0,1uF

CFRQ2

2,2uF

3

26

74

5

18

UFRQ1

AD843JN

VCC

RFRQ6

Rset

CFRQ90,1uF

VCC

CFRQ10

0,1uF

RFRQ5Rfb

CFRQ11

Copt

H_freq


DB08

DB17

DB26

DB35

DB44

DB53

DB62

DB71

CLK28

IOUTB21

IOUTA22

COMP223

DCOM26

DVDD27

FS ADJ18

REF IO17

SL

EE

P1

5

RE

FL

O1

6

CO

MP

11

9

AV

DD

24

AC

OM

20

UFRQ3

DA_AD9708

amplitude

CFRQ15CAP

CBP7CAP

VCC

Η Αναλογική Μονάδα στην Η Αναλογική Μονάδα στην Εξοδο του ΣυστήματοςΕξοδο του Συστήματος

final_freq

RFRQ1

R

RFRQ2

2R

CFRQ3

2,2uF

CFRQ4

2,2uF

CFRQ7

0,1uF

CFRQ8

0,1uF

VDD

VSS

3

26

74

5

18

UFRQ2

AD843JN

CFRQ12

CAP

offsetRFRQ3

R

H_freq RFRQ7

50Ù

CFRQ13CAP

CFRQ14

CAP

RFRQ8

RES

offset

AmplitudeRFRQX

Rx

Το Κύκλωμα Δειγματοληψίας Το Κύκλωμα Δειγματοληψίας Εξωτερικών ΣημάτωνΕξωτερικών Σημάτων - A/Dc - A/Dc

Vcc

RE

F2

0

Vin(-)7

lsbDB018

DB117

Vin(+)6

DB216

DB315

DB414

A-GND8

DB513

DB612

msbDB711

Vref/29

INTR5

CLK-R19

CS1

RD2

CLK-IN4

WR3

UAD1ADC0804

RAD1

10K

RAD210K

VCC

CAD1CAP

ANALOG_IN

RAD42,2K

RAD52,2K

DB_AD0DB_AD1DB_AD2DB_AD3DB_AD4DB_AD5DB_AD6DB_AD7

START_AD

RAD3

10K

CAD250pF

DB_AD0DB_AD1DB_AD2DB_AD3DB_AD4DB_AD5DB_AD6DB_AD7

RD_ADRD_AD

START_AD

Δομή του Ψηφιακού ΣχεδιασμούΔομή του Ψηφιακού Σχεδιασμού

Οργάνωση της δομής τουΟργάνωση της δομής του FPGA FPGA

Σχεδιασμός του Σχεδιασμός του 24-bit Adder24-bit Adder

Υλοποίηση του 6-Υλοποίηση του 6-bitbit Ripple Carry Ripple Carry AdderAdder

Αποτελέσματα Χρονικής Αποτελέσματα Χρονικής ΕξομοίωσηςΕξομοίωσης

24-bit Adder με Pipeline 4-βαθμίδων

Μέγιστη Επιτρεπτή Συχνότητα Ρολογιού

42,01 MHz

24-bit Ripple Carry Adder

Μέγιστη Επιτρεπτή Συχνότητα Ρολογιού

14,94 MHz

Διαμόρφωση Διαμόρφωση A.MA.M του του Επιθυμητού ΣήματοςΕπιθυμητού Σήματος

D/Ac &

SampleHold

D/Ac

Amplitude Amplitude Value

DC-Offset Value

External Sampled Value

Control Unit

A/Dc

External Sampled Value

REG1

REG2

REG3

DC-Offset

FPGA

External Signal

ΔιαμόρφωσηΔιαμόρφωση F.M F.M του του Επιθυμητού ΣήματοςΕπιθυμητού Σήματος

ADDDER R

K1

clk K2

output

fclk2

K2)(K1fout

N

ΣΎΧΝΟΤΗΤΑ ΕΞΟΔΟΥ

ΔιαμόρφωσηΔιαμόρφωση P.M P.M του του Επιθυμητού ΣήματοςΕπιθυμητού Σήματος

ADDDER R

K1

clk K2

Look up Table

fclk2

K1f

NOUT ΣΎΧΝΟΤΗΤΑ ΕΞΟΔΟΥ

ΦΑΣΗ ΣΤΗΝ ΕΞΟΔΟ TOY ACCUMULATOR K2RφOUT

Δυνατότητα Σάρωσης Δυνατότητα Σάρωσης ΣυχνοτήτωνΣυχνοτήτων

ADDDER R

K1

clk1

N-bit COUNTER

N

-bit

CO

MP

AR

ATO

R

N-bit

K2

clk2 enable

ΑΡΧΙΚΗ ΤΙΜΗ ΣΑΡΩΣΗΣ K1

ΤΕΛΙΚΗ ΤΙΜΗ ΣΑΡΩΣΗΣ K2

Το Το User InterfaceUser Interface της Γεννήτριας της Γεννήτριας D.D.SD.D.S

Η Κύρια Οθόνη Ελέγχου του Η Κύρια Οθόνη Ελέγχου του ΠρογράμματοςΠρογράμματος

Το Monitor Παρατήρησης Κυματομορφών

Δυνατότητα Παρατήρησης Τυχαίων Κυματομορφών

Δυνατότητα Φόρτωσης Custom Κυματομορφών

Δυνατότητα Δημιουργίας Δυνατότητα Δημιουργίας ΤυχαίωνΤυχαίων Κυματομορφών Κυματομορφών

Δημιουργία Κυματομορφών σεΔημιουργία Κυματομορφών σε Script ModeScript Mode

Μετρήσεις - ΑποτελέσματαΜετρήσεις - Αποτελέσματα

Μετρήσεις στον ΠαλμογράφοΜετρήσεις στον Παλμογράφο

ΗΜΙΤΟΝΙΚΟ ΣΗΜΑ

Συχνότητα = 6,667 kHz

Πλάτος = 8 V

DC-Offset = 1,2 V

ΤΡΙΓΩΝΙΚΟ ΣΗΜΑ


Πλάτος = 8 V

DC-Offset = 1,2 V

SYMMETRY< 50 %

Μετρήσεις στον ΠαλμογράφοΜετρήσεις στον ΠαλμογράφοΤΕΤΡΑΓΩΝΙΚΟΣ ΠΑΛΜΟΣ


Πλάτος = 8 V

DC-Offset = 1,2 V

SYMMETRY<50 %

ΤΥΧΑΙΑ ΚΥΜΑΤΟΜΟΡΦΗ

Μετρήσεις στον ΠαλμογράφοΜετρήσεις στον Παλμογράφο

Η ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ

f(x)=cos(2*π*x*20)* cos(2*π*x)

Η ΣΥΝΑΡΤΗΣΗ

f(x)=sin(20*π*x)/(10*π-5)

Ανάλυση Φάσματος της Ανάλυση Φάσματος της Ψηφιακής Γεννήτριας - Ψηφιακής Γεννήτριας - D.D.SD.D.S

Ημιτονικό Σήμα f = 1 kHz

SPAN = 10 Hz

ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΗΜΑΤΟΣ

-15 dB

ΕΠΙΠΕΔΟ ΘΟΡΥΒΟΥ

-100 dB

Ανάλυση Φάσματος Αναλογικής Ανάλυση Φάσματος Αναλογικής ΓεννήτριαςΓεννήτριας


SPAN = 10 Hz


-15 dB


-80 dB



FULL SPAN

ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΣΗΜΑΤΟΣ

0,104 %



FULL SPAN


1,452 %



SPAN = 10 Hz


-15 dB


-100 dB



SPAN = 10 Hz


-20 dB


-70 dB



FULL SPAN


0,079 %



FULL SPAN


1,979 %

Ανάλυση Φάσματος του Σήματος: Ανάλυση Φάσματος του Σήματος: f(x) = sin(20*f(x) = sin(20*ππ*x)*x)

Ανάλυση Φάσματος του Σήματος: Ανάλυση Φάσματος του Σήματος: f(x) = sin(2*f(x) = sin(2*ππ*x)*sin(2**x)*sin(2*ππ*x*20)*x*20)

Σ χεδίαση και Κ ατασκευή Γ εννήτριας Σ υχνοτήτων με...

Documents

Transcript of Σ χεδίαση και Κ ατασκευή Γ εννήτριας Σ υχνοτήτων με...