2011电子设计大赛论文——简易数字信号传输分析仪(E题)

完整版2011电子设计大赛论文,带目录带附录等

简易数字信号传输分析仪（E题）

“瑞萨杯”2011全国大学生电子设计大赛参赛论文

完整版2011电子设计大赛论文,带目录带附录等

简易数字信号传输分析仪

[摘 要] 本系统由信号发生模块和信号分析处理模块两部分组成。其中信号发生模块以现场可编程门阵列(FPGA)作为数字信号发生器，产生M序列伪随机信号作为数字传输信号。而后该信号被送入由NE5532构成的二阶低通滤波电路进行滤波，滤波后的信号通过加法器AD823与信道噪声（由FPGA生成的伪随机信号模拟）叠加，作为信号分析部分的最终输入信号。

信号分析部分由数字信号分析电路和示波器组成。数字信号分析部分可从输入信号中提取位同步信号，从而确保示波器的水平扫描周期与信号码元周期相同，以便示波器能够显示出信号的对应眼图。通过眼图可以直观地了解码间串扰和噪声的影响，从而最终实现对数字信号传输性能的测试。

[关键词] FPGA；M序列为随机信号；位同步提取

Simple digital signal transmission analyzer

Abstract：This system consists of a signal generator module and a signal processing module. A field programmable gate arrays (FPGA) is used to generate M sequences pseudo random signal in the signal generator. The signal is then filtered by a second-order low pass filter in which a NE5532 is used as a core. The filtered signal is added with the channel noise (a simulated pseudo random generated by a FPGA) by adder AD823. This signal is treated as the final input signal.

The signal analysis is performed by a digital signal analysis circuit and an oscilloscope. In signal analysis, bit synchronization signal can be extracted from input signal so as to ensure the horizontal scan cycle of oscilloscope is identical with the signal cycle. And the signal eye diagram can be displayed in the oscilloscope. From the eye diagram, the intersymbol interference and noise can be analyzed to test the signal transmission performance.

Keywords： FPGA； M sequences pseudo random signal; bit synchronization extraction

完整版2011电子设计大赛论文,带目录带附录等

目 录

1 方案论证与比较.............................................................................. 1

1.1 M序列信号发生方案比较 ................................................................................. 1

1.2 滤波方案比较 ..................................................................................................... 1

2 系统总体设计思路 .......................................................................... 2

3 系统硬件部分的理论分析与参数计算 ............................................ 3

3.1 M序列数字信号发生部分 ................................................................................. 3

3.2 低通滤波器设计................................................................................................. 4

3.3 同步信号提取 ..................................................................................................... 5

3.4 眼图的显示 ........................................................................................................ 5

4 FPGA系统的软件部分设计 ......................................................... 6

5 系统测试及性能总结 ...................................................................... 7

5.1 低通滤波器性能测试 ......................................................................................... 7

5.2 系统传输性能测试 ............................................................................................. 7

5.3 眼图显示测试 ..................................................................................................... 7

5.4 性能总结 ............................................................................................................. 7

参考文献............................................................................................. 8

附录 .................................................................................................... 9

完整版2011电子设计大赛论文,带目录带附录等

1 方案论证与比较

1.1 M序列信号发生方案比较

M序列是一种伪随机序列，具有结构简单、实现方便的特点，在现代工业实践中应用广泛。产生M序列的方法很多，如利用通用数字器件构成、利用软件方式构和利用FPGA构成等方式，各有利弊。

方案一：本方案采用m片双向移位寄存器级连成N级移位寄存器。用通用数字器件构成的特点是速度可以很快，但硬件电路不便于修改，只能产生单一N级的M序列伪随机信号。

方案二：本方案采用软件构成的方式产生M序列伪随机信号。软件构成的特点是采用灵活的数据查询方式，可以获得任意级数N的本原多项式系数，从而实现m序列的产生，但速度受到单片机工作速度的限制。

方案三：此方案采用FPGA产生M序列伪随机信号。M序列信号发生器有两种结构：Fabonacci型和Galois型。本设计采用Fabonacci型移位寄存器产生M序列伪随机信号。该方案使用FPGA产生信号，因而即具有硬件电路的各项优点，又具有设计上的灵活性——可获得任意级数n的M序列本原多项式系数，级数切换速度快。

对于本题来说，需要生成两种M序列伪随机信号。若采用方案一，需为数字信号发生器和伪随机信号发生器单独设计对应的电路。而采用方案三则只需改动程序参数，即可通过同一块FPGA系统板产生所需的数字传输信号和伪随机信号，避免了硬件实现方式需要重新设计电路的麻烦。因而本设计采用此种方案三。

1.2 滤波方案比较

对于本题来说，可采用有源滤波和无源滤波两种方案。

方案一：采用无源滤波器。无源滤波器由无源元件（电阻、电容、电感）组成，具有高频性能好、电路简单、功能可靠、无需直流供电，能够输出高压大电流等优点。但无源滤波器带负载能力较差，不但通带放大倍数会因负载电阻而减小，而且通带截至频率也会因负载电阻而增大。同时无源滤波器的体积和重量也比较大，其电感还会引起电磁干扰。

方案二：采用有源滤波器。有源滤波器由电阻、电容和有源器件（如集成运放）组成，具有电路体积小重量轻、通带内信号可放大、精度高、性能稳定、易于调试、负载效应小、可多级相连构成高阶滤波器等诸多优点。但由于集成运放所限，有源滤波电路不适于高电压大电流负载，而只适用于信号处理。

根据题目具体要求，系统只需对弱电信号进行处理，且对于信号处理的精确性要求较为苛刻，因此方案二更为适合。