基于FPGA的并行多通道激励信号产生模块

3 多通道波形控制器

　　3.1 结 构

　　波形产生控制器是整个模块正常运行的核心，主要完成信号产生控制、信号增益控制以及同步控制。多通道波形产生控制器主要由异步FIFO、同步逻辑与信号产生和调理输出组成，图2为波形产生控制器的结构框图。用户控制命令经PCI控制器传输至Nios II嵌入式软核后，首先经过译码处理，将控制命令按通道进行分类，而后传输至波形产生控制器中的异步FIFO进行缓冲。此刻各通道的控制命令主要包括同步命令、信号产生控制字以及增益控制命令，经过串／并转换后的同步命令控制着通道间的同步时序关系，而信号产生控制字和增益控制字则以并行方式输出至外围电路中，完成信号产生和调理输出。

　　3.2 实 现

　　3.2.1 异步FIFO

　　多通道信号产生控制器中具有4个独立的FIFO，主要用于缓冲PCI控制器与波形产生控制器2个异步时钟域的数据传输，主要包括读／写时钟信号、读／写请求信号、数据输入／输出信号和空／满标志位。读请求信号(rdreq)有效时，在读时钟(rdclk)的上升沿处FIFO输出数据；写请求信号(wrreq)有效时，在写时钟(wrclk)的上升沿处FIFO写入信号；空／满标志位决定了数据能够写入或读出，模块中采用写满标志位(wrfull)来表示FIFO内部存储空间的使用情况。图3为16×256位的异步FIFO工作仿真图。

　　3.2.2 同步逻辑

　　同步逻辑实现多通道波形产生控制模块的同步控制。信号产生通道的工作状态有闲置、异步工作和同步工作3种状态，由用户提供的同步控制命令决定。当波形产生控制命令加载到输出寄存器后，在接收到“准备好”命令后同步逻辑控制指定通道同步的输出控制命令。设计要求各通道具有独立产生信号的能力，且任意通道间可实现同步操作。首先由同步逻辑产生2分频、3分频和4分频电路分别同步2路、3路和4路的信号输入，只有1路信号输出时采用串行时钟即可。然后根据用户同步通道控制命令，控制多路选择通道输出相应的同步时钟。采用同步时钟选择方法设计的多路同步时钟仿真图如图4所示。

　　从图中可见，2位的同步时钟控制地址s1、s0控制着同步时钟DDSclk的输出。当地址位s1和s0分别为00、01、10和11时，同步时钟DDSclk分别输出了串行时钟和串行时钟2分频、3分频与4分频。其中2分频和4分频通过对串行时钟计数跳转即可实现，方法简单且效果良好。对于3分频的实现则要复杂一点，方法是通过将2个占空比不为50％的3分频信号相与得到1个占空比为50％的时钟输出，如图中div3：inst10／b与div：inst10／c相与得到的3分频时钟输出div3output。