基于FPGA的信號頻譜分析系統

摘要 利用FPGA實現了信號的采集與頻譜分析系統，對系統進行了模塊劃分，并分別給出了各模塊的設計要點，完成了模擬信號采集模塊、快速傅里葉變換模塊、存儲模塊以及VGA顯示模塊的設計。最后對設計的各模塊進行了功能與時序仿真，驗證了系統設計的正確性與可靠性。試驗表明，該設計可以實現信號的采集、頻譜分析與顯示等功能，系統穩定可靠。
關鍵詞 A／D轉換；信號采集；頻譜分析；快速傅里葉變換；FPGA

數字信號處理技術飛速發展，其信號來源往往是模擬信號的A／DC輸出。該頻譜分析系統主要實現的功能包括對模擬信號進行采集，并對采集到的數字信號進行快速傅里葉變換(FFT)，最后將頻譜分析結果顯示在VGA上。系統的核心部分采用Altera公司的FPGA芯片CycloneII實現，采用ADI公司的AD7655來實現待分析模擬信號的A／D轉換。

1 系統組成
系統通過FPGA控制AD7655芯片采集待分析的模擬信號，并對A／D采集所得來的數字信號進行FFT變換，計算結束后將結果放在存儲器中，FPGA以存儲器中的數據作為數據源進行控制，VGA將信號的頻譜分析結果以圖形的方式顯示。系統由A／D采集模塊、主控制模塊、FIFO模塊、FFT運算模塊、數據存儲模塊、VGA控制模塊等6個模塊組成。各模塊之間的關系如圖1所示。

2 系統設計
2．1 A／D采集模塊
系統控制模塊在接收到采集使能信號后，便會啟動A／DC來采集原始模擬信號。設計采用16位低功耗A／D轉換器AD7655對模擬信號進行采樣。AD7655有4個通道，1 Mbit·s-1采樣率，輸入模擬信號的范圍為0～5 V。該芯片的時序如圖2所示。