[發(fā)明專利]一種基于采樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)的任意波形合成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110069028.0
• 申請(qǐng)日: 2021-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN112953461B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉科;趙文浩;肖寅東;付在明;郭廣坤;劉航麟;游佳靜;賴鍵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03H17/02
• 分類號(hào): H03H17/02
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于采樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)的任意波形合成方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、PC通過PCIe總線接口將待合成的波形數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的控制命令發(fā)送給FPGA；

其中，控制命令中包括用戶設(shè)置的存儲(chǔ)器地址、待合成的波形數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、可變采樣率f₁和固定采樣率f₂；

(2)、在FPGA內(nèi)，存儲(chǔ)器讀寫控制模塊接受到控制命令后，先執(zhí)行寫操作，再執(zhí)行讀操作；

其中，寫操作的具體過程為：存儲(chǔ)器讀寫控制模塊將待合成的波形數(shù)據(jù)先進(jìn)行時(shí)鐘和位寬轉(zhuǎn)換，再根據(jù)用戶設(shè)置的存儲(chǔ)器地址將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過存儲(chǔ)器接口控制器寫入波形存儲(chǔ)器；

讀操作的具體過程為：存儲(chǔ)器讀寫控制模塊根據(jù)用戶設(shè)置的存儲(chǔ)器地址和波形數(shù)據(jù)長(zhǎng)度將對(duì)應(yīng)的波形數(shù)據(jù)從波形存儲(chǔ)器中讀出，波形數(shù)據(jù)讀出的時(shí)鐘頻率為f₁，每個(gè)時(shí)鐘讀出Q組數(shù)據(jù)；

(3)、采樣率轉(zhuǎn)換模塊將讀出的Q組數(shù)據(jù)分為并行的Q路數(shù)據(jù)，記為x₀,x₁,…,x_i,…,x_Q-1；

(4)、通過濾波器Farrow分別對(duì)并行的Q路數(shù)據(jù)進(jìn)行可變采樣率f₁到固定采樣率f₂的轉(zhuǎn)換；

(4.1)、將并行的Q路數(shù)據(jù)分別存入Q個(gè)N位的移位寄存器，在每個(gè)時(shí)鐘頻率下每個(gè)移位寄存器中的數(shù)據(jù)從高位向低位移動(dòng)，每次移動(dòng)一個(gè)數(shù)據(jù)；

(4.2)、對(duì)每路數(shù)據(jù)進(jìn)行多相濾波處理，第w個(gè)時(shí)鐘下第i路濾波結(jié)果s_i,0(w)～s_i,M(w)具體表示為：

其中，j＝0,1,…,M表示濾波器Farrow中(M+1)個(gè)子濾波器的編號(hào)，k＝0,1,2,…,N-1表示每個(gè)子濾波器的階數(shù)，c_j(k)表示第j個(gè)子濾波器的第k階系數(shù)，x_i,k(w)表示第w個(gè)時(shí)鐘下存儲(chǔ)在第i個(gè)移位寄存器中的第k位的數(shù)據(jù)，w＝0,1,2,…表示時(shí)鐘編號(hào)；

最終，將Q路數(shù)據(jù)的濾波結(jié)果記為：s_0,0(w)～s_0,M(w),s_1,0(w)～s_1,M(w),…,s_i,0(w)～s_i,M(w),…s_Q-1,0(w)～s_Q-1,M(w)；

(4.3)、計(jì)算采樣率轉(zhuǎn)換倍數(shù)n，n＝f₁/f₂；

(4.4)、利用累加器計(jì)算每一路數(shù)據(jù)的小數(shù)延遲參數(shù)u_i和使能參數(shù)m_i；

判斷采樣率轉(zhuǎn)換倍數(shù)n的大??；

當(dāng)n＞1時(shí)，給定每路累加器的初始值為(n-1)*i/Q，計(jì)算累加器初始值的整數(shù)部分以及累加器初始值的小數(shù)部分u_i(0)＝((n-1)*i/Q)-m_i(0)；由初始值開始，在當(dāng)前時(shí)鐘頻率f₁的上升沿時(shí)判斷累加器初始值的整數(shù)部分的值，若m_i(0)等于0，則將累加器從初始值開始累加(n-1)，累加結(jié)束后的整數(shù)部分作為當(dāng)前時(shí)鐘下的使能參數(shù)m_i(1)，其小數(shù)部分作為小數(shù)延遲參數(shù)u_i(1)；若m_i(0)大于0，則直接將累加器的初始值減1，其結(jié)果的整數(shù)部分作為當(dāng)前時(shí)鐘下的使能參數(shù)m_i(1)，其小數(shù)部分作為小數(shù)延遲參數(shù)u_i(1)；然后依次類推，繼續(xù)判斷下一個(gè)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)累加器的累加值；

當(dāng)n＝1時(shí)，保持可變采樣率f₁不變；

當(dāng)n＜1時(shí)，先對(duì)數(shù)據(jù)x_i進(jìn)行線性插值，再重復(fù)步驟(4.1)-(4.2)，直到滿足n＞1，然后再按照n＞1時(shí)的方法繼續(xù)處理；

最終，得到Q路信號(hào)在第w個(gè)時(shí)鐘下的小數(shù)延遲參數(shù)值和使能參數(shù)值，記為u₀(w),u₁(w),…,u_i(w),…,u_Q-1(w)和m₀(w),m₁(w),…,m_i(w),…,m_Q-1(w)；

(4.5)、利用乘法器和加法器將Q路濾波結(jié)果與Q路小數(shù)延遲參數(shù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)多項(xiàng)式計(jì)算，其中，第w個(gè)時(shí)鐘下第i路的計(jì)算公式如下：

其中，(u_i(w))^j表示第w個(gè)時(shí)鐘下第i路數(shù)據(jù)的小數(shù)延遲參數(shù)的j次方，s_i,j(w)表示第w個(gè)時(shí)鐘下第i路數(shù)據(jù)的第j個(gè)濾波結(jié)果；

最終，得到Q路計(jì)算結(jié)果，記為t₁(w),t₂(w),…,t_i(w),…,t_Q-1(w)；

(4.6)、根據(jù)使能參數(shù)m_i(w)對(duì)計(jì)算結(jié)果t_i(w)進(jìn)行有效性篩選；

在時(shí)鐘上升沿判斷m_i(w)的值，若m_i(w)的值不等于0，則判定這一時(shí)鐘的輸出數(shù)據(jù)t_i(w)無(wú)效，并將對(duì)應(yīng)的第i個(gè)FIFO的寫使能置0；若m_i(w)等于0，則判定這一時(shí)鐘的計(jì)算結(jié)果t_i(w)有效，將第i個(gè)FIFO的寫使能置1，將有效的t_i(w)存入至第i個(gè)FIFO中；

這樣，根據(jù)Q個(gè)使能參數(shù)m₀(w)～m_Q-1(w)對(duì)Q路計(jì)算結(jié)果t₀(w)～t_Q-1(w)進(jìn)行有效性篩選后，將每一路的篩選結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的Q個(gè)FIFO中；

(4.7)、按固定時(shí)鐘頻率f₂從Q個(gè)FIFO中順序讀出數(shù)據(jù)，得到Q路采樣率轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)，記為y₀,y₁,…,y_i,…,y_Q-1，再將Q路采樣率轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)拼合，得到采樣率轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)y；

(5)、將采樣率轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)y進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，從而將并行的Q路數(shù)據(jù)串行輸出；

(6)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器以采樣率(Q*f₂)將串行輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，使其轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，再通過低通濾波器濾除模擬信號(hào)中的鏡像頻率分量，得到用戶所需的合成波形。