基于FPGA的多通道频率检测技术方案

3.1 延时器的实现

　　本延时器采用FPGA提供的专用存取模块FIFO来实现32周期延时，其架构体系如图5所示。图中，每个延迟单元即是一个FIFO模块，FIFO的数据输出特点为先入先出。在本设计中，第一级延迟器的输出数据将作为下一个延迟器的输入数据，就相当于第一级FIFO的数据按先进先出的顺序依次向第二级FIFO压入，相邻两级的将满标志与读使能信号进行握手协议，从而实现数据的延迟输出。这样，设计8个同样结构的FIFO并进行串行级联，即可满足该结构的设计要求。

3.2 系数存储模块

　　对于256阶原型低通滤波器，可以将h（0），h（1），…，h（255）这256个系数分成八组，每组32个，分别存储到八个存储器当中，存储器0存储的系数为：h（0），h（1），…，h（31）；存储器1存储的系数为：h（32），h（33），…，h（63）；以此类推。存储器可使用逻辑（LUT）实现，也可使用专用存储模块Block RAM来实现。FIFO中的目标数据和存储器中系数做乘法运算时，两者的对应关系如图6所示（以7号存储器为例）。

　　当8个数据存储器的最后一个单元数据被读出时，8个系数存储器的0号地址单元的系数也将同时被读出，然后分别作乘累加，最后作为y（0）输出。同理，当8个数据存储器的第二个数据被读出时，8个系数存储器的1号地址单元的系数也同时被读出，然后分别作乘累加，最后的结果作为y（1）输出，以此类推，得出全部y（2）~y（31）的输出。最后将y（0）~y（31）作为FFT的输入数据进行32点FFT运算。

3.3 FFT的实现

　　设计中的FFT变换可通过调用Xilinx的IP核来实现。FFT采用流水型结构，该结构能够对连续数据流进行处理，只是结果上有若干周期的延迟。FFT核的输入输出的引脚关系如图7所示。

3.4 仿真结果

FPGA的设计软件可采用ALDEC公司的Active_HDL8.2,并可用Testbench文件对所设计模块进行仿真。Testbench文件读取时，可由Matlab产生的信号数据作为FPGA仿真的激励信号，信号形式采用28.1MHz的单频信号：

　　将信号数据送入图4所构建的系统后，即可在ALDEC下得到图8所示的仿真波形。

　　由图8可以看到，该仿真结果在第3号通道上有信号输出，这与图3中用Matlab仿真的结果一致，从而验证该模块设计的正确性。

4 结束语

　　本文针对多信道频率检测技术进行了研究，并在传统检测方法的基础上，结合FPGA的特点，构建了一种基于DFT多相滤波器组信道化的高效结构。该结构可解决频率截获概率与频率分辨力的矛盾，同时也为实现全概率频率捕获提供一种参考方案。经过仿真及测试验证，该方案能满足检测指标要求，从而为多信道频率检测技术提供一种设计参考。