在FPGA上建立一個(gè)UWB脈沖發(fā)生器

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　　用大多數(shù)FPGA都可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字UWB(超寬帶)脈沖發(fā)生器。本設(shè)計(jì)可以創(chuàng)建一個(gè)兩倍于FPGA時(shí)鐘頻率的脈沖信號(hào)(圖1)。以前的設(shè)計(jì)要采用異步延遲，才能制造出所需頻率的脈沖。不過該設(shè)計(jì)需要一只支持三態(tài)上拉的FPGA，如Xilinx公司的Virtex 2(參考文獻(xiàn)1)。這種方案亦需要手工布局與布線。今天的FPGA都不支持三態(tài)上拉。另外，異步延遲會(huì)隨溫度而變化。本例采用了一種有多時(shí)鐘相位組合的同步延遲方案。這一設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)于所有類別的FPGA上。

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　　本設(shè)計(jì)中的主要限制因素是DCM(數(shù)字時(shí)鐘管理器)以及觸發(fā)器的主時(shí)鐘頻率。例如，Xilinx公司Virtex 4的DCM不能超過400 MHz。一片F(xiàn)PGA可以生成頻率為時(shí)鐘頻率一半的信號(hào)，因?yàn)樗脙蓚€(gè)時(shí)鐘脈沖使信號(hào)從0轉(zhuǎn)換為1，再回到0。因此，不能直接生成大于時(shí)鐘頻率一半的頻率。本設(shè)計(jì)用DCM的多時(shí)鐘相位以及小于單個(gè)時(shí)鐘周期的同步延遲，可以產(chǎn)生出高于時(shí)鐘頻率一半的脈沖信號(hào)，達(dá)到時(shí)鐘頻率的兩倍。

　　圖2即所稱的脈沖發(fā)生器。它包括三個(gè)功能塊：一個(gè)OOK(on/off鍵控)調(diào)制器、一個(gè)同步延遲發(fā)生器，還有一個(gè)包含一只異或門的邊沿結(jié)合器。OOK調(diào)制器由一只反相器構(gòu)成，它在每個(gè)新脈沖的開始時(shí)作為脈沖重復(fù)頻率信號(hào)觸發(fā)器。當(dāng)發(fā)生一個(gè)觸發(fā)時(shí)，OOK電路將一個(gè)預(yù)初始化的信號(hào)轉(zhuǎn)換成為一個(gè)時(shí)間，該時(shí)間等于來自一個(gè)脈沖帶寬的計(jì)數(shù)值，然后在下個(gè)觸發(fā)出現(xiàn)前保持為零。OOK塊產(chǎn)生的頻率是時(shí)鐘頻率的一半。這個(gè)OOK輸出通過同步延遲發(fā)生器，產(chǎn)生出三個(gè)延遲版的OOK輸出。

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　　這些延遲都小于一個(gè)時(shí)鐘周期。時(shí)鐘相位依次為觸發(fā)器FF1、FF2和FF3提供時(shí)鐘，它們分別延遲90°、180°和 270°。這些延遲脈沖再使用組合邏輯，與OOK調(diào)幅器的輸出相結(jié)合，產(chǎn)生出UWB脈沖所需要的頻率。邊沿結(jié)合器完成一次XOR(異或)運(yùn)算，獲得的信號(hào)頻率取決于希望組合的邊沿。將OOK輸出邊沿與FF1 輸出相結(jié)合，就得到一個(gè)等于時(shí)鐘頻率的信號(hào)。將所有輸出邊沿結(jié)合起來，就得到一個(gè)兩倍于時(shí)鐘頻率的信號(hào)。DCM對(duì)這些延遲做同步，產(chǎn)生一個(gè)精確的信號(hào)頻率。本設(shè)計(jì)的復(fù)雜性小于參考文獻(xiàn)1中的異步延遲方案。