本實用新型屬于電子電路領(lǐng)域，尤其涉及一種基于FPGA的固定相移移相放大系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于工業(yè)控制、航空航天等多個領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

固定相移移相放大系統(tǒng)用于測量輸入信號的頻率，并輸出與輸入信號存在固定相移的頻率信號，該信號再次經(jīng)過放大器放大后輸出。

現(xiàn)有的移相放大系統(tǒng)大多是簡單的RC或LC移相器，只能對某個頻率點實現(xiàn)固定相移，當(dāng)頻率變化時，相移產(chǎn)生變化；即使有固定相移的移相器，易需要多個頻率周期后，才能實現(xiàn)頻率跟蹤，從而實現(xiàn)固定相移。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點，提出的一種基于的FPGA的固定相移移相放大系統(tǒng)，提高移固定相移移相放大系統(tǒng)的移相精度、頻率跟蹤速度，同時便于集成化，降低開發(fā)成本。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn):

一種基于FPGA的固定相移移相放大系統(tǒng)，該系統(tǒng)由信號采集器、信號鑒別器、FPGA測量處理模塊、DA轉(zhuǎn)換器、模擬乘法器以及信號放大器組成；信號采集器的輸出端依次連接信號鑒別器、FPGA測量處理模塊、DA轉(zhuǎn)換器、模擬乘法器以及信號放大器；信號采集器，用于采集需要移相的輸入信號，并對信號進行衰減處理；信號鑒別器，用于鑒別輸入信號的頻率，防止尖峰毛刺干擾，引起錯誤觸發(fā)，并將鑒別后有效的信號輸出給FPGA測量處理模塊；FPGA測量處理模塊，用于測量輸入信號的頻率，并將其作為下一信號的移相參考頻率，根據(jù)設(shè)置相移要求，計算出移相信號輸出點，查表輸出DA轉(zhuǎn)換器需要的正弦信號轉(zhuǎn)換值；DA轉(zhuǎn)換器，用以將該數(shù)字量轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的模擬信號；模擬乘法器，用于將DA轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號進行乘法處理，使輸出信號同相或反相、放大或衰減處理；信號放大器，用于將乘法器輸出的信號進行進一步放大，使輸出信號峰峰值最大可達80V。

優(yōu)選的，所述信號采集器包括射頻同軸連接器J1，射頻同軸連接器J1電性連接運算放大器U3，運算放大器U3電性連接比較器U4，比較器U4的輸出端依次電性連接反相器IC2、電阻R6以及電容C19。

優(yōu)選的，所述模擬乘法器IC150的型號為AD633S08，模擬乘法器IC150電性連接運算放大器IC151，運算放大器IC151串聯(lián)一運算放大器IC152。

優(yōu)選的，F(xiàn)PGA測量處理模塊由PLL模塊、脈沖確認(rèn)模塊、周期測量模塊、乘法器模塊、除法器模塊、查表測量間隔計算模塊、移相脈沖產(chǎn)生模塊、DA查表地址生成模塊、ROM查找表模塊組成；PLL模塊，用于將時鐘輸入信號倍頻到200MHz，該200MHz時鐘用于給FPGA測量處理模塊內(nèi)部其它模塊提供基準(zhǔn)頻率信號；脈沖確認(rèn)模塊，用于確認(rèn)輸入的脈沖信號，當(dāng)脈沖寬度小于一定寬度時，將該脈沖拋棄，防止噪聲干擾，將確認(rèn)后的信號輸出給周期測量模塊；周期測量模塊，用于測量輸入信號的周期，作為下一個時鐘脈沖的相移基準(zhǔn)周期值；乘法器模塊，周期測量模塊測量值作為乘法器模塊的輸入值，乘法器模塊的另一輸入值為需要的移相值，乘法器輸出值輸出給除法器模塊；除法器模塊，除法器的另一輸入數(shù)據(jù)為360，除法器模塊計算出移相周期差，輸出至移相脈沖產(chǎn)生模塊；移相脈沖產(chǎn)生模塊，將輸入的脈沖信號延遲一個除法器模塊計算出的時間差，再將該脈沖信號輸出；查表測量間隔計算模塊，根據(jù)周期測量模塊測量值和ROM表的地址總長度計算出ROM查找時間間隔；DA查表地址生成模塊，根據(jù)相移脈沖和ROM查找時間間隔計算出查表地址，將該地址送入ROM查找表；ROM查找表模塊，根據(jù)查表地址，輸出DA轉(zhuǎn)換器需要的正弦值。

本實用新型的有益效果：

(1)由于采用了FPGA測量處理模塊實時采樣，實現(xiàn)了頻率的快速跟蹤，從而使移相器能夠快速跟蹤實現(xiàn)固定相移。

(2)由于FPGA測量處理模塊是先對輸入的數(shù)據(jù)進行脈沖寬度確認(rèn)，從而提高了輸入信號的可靠性，防止誤觸發(fā)輸出錯誤移相頻率信號；

(3)由于本實用新型通過FPGA測量處理模塊，從而方便提高測量頻率，擴展DA轉(zhuǎn)換位數(shù)，且充分利用了FPGA的并行處理結(jié)構(gòu)，提高了處理數(shù)據(jù)的實時性。

附圖說明

圖1是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本實用新型的信號采集、鑒別電路原理圖。

圖3是本實用新型的模擬乘法、放大的電路原理圖。

圖4是本實用新型的DA轉(zhuǎn)換器的電路原理圖。

圖5是本實用新型的FPGA測量處理模塊原理框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明：

實施例1

如圖1所示，本實用新型提供的一種基于FPGA的固定相移移相放大系統(tǒng)，該系統(tǒng)由信號采集器、信號鑒別器、FPGA(英文全稱：Field－Programmable Gate Array，中文簡稱：現(xiàn)場可編程門陣列)測量處理模塊、DA轉(zhuǎn)換器、模擬乘法器以及信號放大器組成；信號采集器的輸出端依次連接信號鑒別器、FPGA測量處理模塊、DA轉(zhuǎn)換器、模擬乘法器以及信號放大器；信號采集器，用于采集需要移相的輸入信號，并對信號進行衰減處理；信號鑒別器，用于鑒別輸入信號的頻率，防止尖峰毛刺干擾，引起錯誤觸發(fā)，并將鑒別后有效的信號輸出給FPGA測量處理模塊；FPGA測量處理模塊，用于測量輸入信號的頻率，并將其作為下一信號的移相參考頻率，根據(jù)設(shè)置相移要求，計算出移相信號輸出點，查表輸出DA轉(zhuǎn)換器需要的正弦信號轉(zhuǎn)換值；DA轉(zhuǎn)換器，用以將該數(shù)字量轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的模擬信號；模擬乘法器，用于將DA轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號進行乘法處理，使輸出信號同相或反相、放大或衰減處理；信號放大器，用于將乘法器輸出的信號進行進一步放大，使輸出信號峰峰值最大可達80V。

該系統(tǒng)的原理：輸入信號經(jīng)信號采集器，輸入電路中；信號鑒別器鑒別輸入信號的頻率，判斷是否為噪聲信號，如為噪聲信號，則去除，如為有效信號，則送入FPGA處理；FPGA測量處理模塊將送入的信號進行移相處理，處理完畢后，通過ROM表還原出需要信號的數(shù)字量；該數(shù)字量送入DA轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換輸出相應(yīng)的模擬信號；模擬信號經(jīng)模擬乘法器，備乘一系數(shù)k；再經(jīng)信號放大器輸出。

實施例2

如圖2所示，所述信號采集器包括射頻同軸連接器J1，射頻同軸連接器J1電性連接運算放大器U3，運算放大器U3電性連接比較器U4，比較器U4的輸出端依次電性連接反相器IC2、電阻R6以及電容C19。

模擬輸入信號經(jīng)過電阻R2、電阻R5電阻R7分壓后送入運算放大器U3，運算放大器U3的1腳輸出衰減后的輸入信號，將該信號加入比較器U4的2腳，與3腳參考地電平進行比較，輸出比較脈沖信號，該信號再經(jīng)反相器IC2、電阻R6以及電容C19濾波輸出。

實施例3

如圖3所述，所述模擬乘法器IC150的型號為AD633S08，模擬乘法器IC150電性連接運算放大器IC151，運算放大器IC151串聯(lián)一運算放大器IC152。

經(jīng)由DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換輸出的信號，加入模擬乘法器IC150的1腳Y1，該信號減去IC150的2腳信號Y2后，乘以IC150的7腳信號X1減去8腳的信號X2，再減去IC150的4腳信號Z，最終由IC150的5腳W輸出，其公式為：W＝(Y1-Y2)(X1-X2)/10–Z；IC150的輸出信號送入IC151，進行高壓放大處理，該放大器可輸出±36V的電壓，IC152為一與IC151一樣的運放，用于提高電路的輸出電流能力。

實施例4

如圖4所述，圖4是本實用新型的DA轉(zhuǎn)換器的電路原理圖。DA轉(zhuǎn)換器選用的型號為DAC7621，最大的轉(zhuǎn)換時間為35us。DA轉(zhuǎn)換器IC1的引腳1為清零信號，引腳2為電源端，接+5V電壓，引腳3為模擬輸出端，引腳4接模擬地，引腳5接數(shù)字地，引腳6至引腳17為數(shù)字信號輸入端，接FPGA的ROM查找表輸出，引腳18為讀寫控制端，在此只寫則接地，引腳19為芯片選擇端，引腳20為加載控制端，這兩引腳接FPGA，使FPGA控制該芯片。

實施例5

如圖5所述，圖5是本實用新型的FPGA測量處理模塊原理框圖。FPGA測量處理模塊由PLL模塊、脈沖確認(rèn)模塊、周期測量模塊、乘法器模塊、除法器模塊、查表測量間隔計算模塊、移相脈沖產(chǎn)生模塊、DA查表地址生成模塊、ROM查找表模塊組成；PLL模塊，用于將時鐘輸入信號倍頻到200MHz，該200MHz時鐘用于給FPGA測量處理模塊內(nèi)部其它模塊提供基準(zhǔn)頻率信號；脈沖確認(rèn)模塊，用于確認(rèn)輸入的脈沖信號，當(dāng)脈沖寬度小于一定寬度時，將該脈沖拋棄，防止噪聲干擾，將確認(rèn)后的信號輸出給周期測量模塊；周期測量模塊，用于測量輸入信號的周期，作為下一個時鐘脈沖的相移基準(zhǔn)周期值；乘法器模塊，周期測量模塊測量值作為乘法器模塊的輸入值，乘法器模塊的另一輸入值為需要的移相值，乘法器輸出值輸出給除法器模塊；除法器模塊，除法器的另一輸入數(shù)據(jù)為360，除法器模塊計算出移相周期差，輸出至移相脈沖產(chǎn)生模塊；移相脈沖產(chǎn)生模塊，將輸入的脈沖信號延遲一個除法器模塊計算出的時間差，再將該脈沖信號輸出；查表測量間隔計算模塊，根據(jù)周期測量模塊測量值和ROM表的地址總長度計算出ROM查找時間間隔；DA查表地址生成模塊，根據(jù)相移脈沖和ROM查找時間間隔計算出查表地址，將該地址送入ROM查找表；ROM查找表模塊，根據(jù)查表地址，輸出DA轉(zhuǎn)換器需要的正弦值。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。