0 引言

　　隨著遙測系統的不斷發展，系統復雜程度也隨之提高，因此在終端設計中，對信號源的頻率穩定度、幅值范圍和頻率范圍提出了越來越高的要求。這就要求遙測系統具備高碼速、實時可重構、處理復雜結構的能力，傳統的數字電路難以實現這些復雜功能。FPGA(現場可編程門陣列)是近幾年發展起來的硬件可編程芯片，具有硬件密度高、結構靈活、可編程、加密性強等良好性能，在高速信號處理領域占有至關重要的地位，也為多路模擬量信號源的實現，提供了有效的途徑。本文針對遙測應用，以大容量FPGA器件為核心，實現了電源獨立的不同頻率、不同波形的多路模擬量信號源。

　　1 系統硬件設計

　　目前，大容量的FPGA主要有Altera、Xilinx、Lattice、Actel、Cypress等公司的產品。比較而言，Altera CycloneII系列FPGA芯片速度快、容量大、內嵌RAM多、并且有DSP硬件乘法器，是低成本、低功耗應用的最佳選擇。因此在本文中選用Altera公司的Cyclone II系列FPGA－EP2C8芯片，EP2C8芯片是1．25 V內核供電，具有8.256個邏輯單元(LE)，36個M4K RAM塊，RAM總量為165，888，18個嵌入式乘法器以及208個管腳，其中包括182個最大可用I／O引腳。Altera公司有相應的開發軟件平臺Quartus II，此軟件功能強大，使用簡單，支持的器件種類眾多，可支持在線仿真，在線下載等，并具有豐富的IP核及邏輯功能模塊資源，便于使用VHDL+模塊／原理圖輸入界面等等。模擬量信號源主要包括中央控制FPGA單元、模擬量FPGA、靜態存儲SRAM、單路模擬量單元，如圖l所示，

　　整個系統使用USB 2．0接口與計算機進行通訊，信號由計算機軟件生成波形數據，通過USB口下載到主控FPGA，經過16位SRAM鎖存，將各路信號傳至模擬量FPGA，經由解碼分路選通，輸出電源獨立的不同頻率、不同波形的多路模擬量信號。其中包括4路單極性幅值O～30V，60路雙極性幅值±15V；四種波形分別為鋸齒波、正弦波和方波(占空比1：1)，信號頻率為0～50Hz,以及固定電平，幅值可以初始設定，并可實現實時可調。

　　2 單路模擬量組成模塊設計

　　2．1 系統構成

　　單路模擬量由電源隔離單元、前端穩壓單元、數模轉換(DAC)單元和運算放大單元等構成，具體構成如圖2所示，系統由雙18 V供電經過穩壓單元輸出4．096 V，給DAC和運放芯片提供工作電壓，另外通過指令啟動信號在SPI總線上發送FPGA的CS、SCK、SDI信號，傳至單路模擬量，將相應數字量進行D／A轉換，得到的模擬量數據經由運算放大輸出，即可實現64路模擬量波形。系統時鐘同步輸出，具有很高的可靠性。