Jump to content

    
Sign in to follow this  
porty

Генератор синуса на FPGA Altera

Recommended Posts

Добрый день

 

Для проверки 18 ультразвуковых трактов нужен любой точный (побочные гармоники не более -110дб) генератор отсчётов синусов произвольной частоты внутри ПЛИС с периодом не кратным целому числу и степени двойки. Поэтому заранее рассчитанная таблица в памяти не пригодна. Частота дискретизации от 100кГц до 500кГц. Как проще сделать?

Теорию прямого цифрового синтеза я знаю, и примерно представляю как реализовать, но вряд ли я сделаю чистый синус сразу затратив минимум времени и хотелось бы сразу получить результат т.к. это нужно исключительно для отладки (Подставить вместо АЦП в качестве источника сигнала).

 

ПЛИС - Аltera Cyclon II 20k

Разрядность 16 бит целые.

Частота дискр. от 100 до 500кГц.

 

Какие есть готовые решения для создания такого генератора?

Или как самому быстро накидать достаточно точный генератор?

Есть готовые компоненты в Квартусе для генерации синуса или реализующую функцию синуса?

 

Заранее спасибо.

Edited by Porty

Share this post


Link to post
Share on other sites

Тут квартус с его компонентами не важны.

Вы заявили требования до 500 кГц с SFDR 110 дБ.

Нужен ЦАП с такими параметрами, через который Вы будете выдавать синус из FPGA. Есть что-то похожее на примете?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Мне нужно получить внутри ПЛИС цифровые отсчёты якобы полученые из АЦП для отладки. Т.е. генератор данных который бы заменил АЦП и качество работы которого не вызывало бы сомнений. Это нужно чтоб проверить надёжность всей системы сбора данных в целом.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Разрядность 16 бит целые.

 

На самом деле, Вам нужна в таблице четвертинка периода, да и то, не полный синус, а разница между синусом и линейной частью.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
На самом деле, Вам нужна в таблице четвертинка периода, да и то, не полный синус, а разница между синусом и линейной частью.

Спасибо, я это всё понимаю, но мне нужно 18 каналов, т.е. 18 генераторов с определёнными фиксированными характеристиками и высокой точностью, но к сожалению у меня вышел низкоточный т.к. мало точек и линейная интерполяция между ними. Либо высокоточный но не влазит ни по количеству ячеек ни по памяти т.к. нужно место для основного алгоритма. Я хочу найти готовый т.к. не хочу тратить время, и не вижу сысла вести исследования ради отладочной функции (с тем же успехом можно наделать пилу но с помощью её ряд ошибок в каналах данных и мультиплексорах не проверишь), в добавок мне не требуется мегаскорость. Достаточно 100кГц за глаза. Мне интересно как это сделать и как получить быстро результат не потратив кучу времени на изучение интерполяций и способов и разрабатывая самому генератор его ещё нужно проверять и тд. Интереснее готовый или из минимального числа готовых блоков.

Как впихнуть в 7.5к бит памяти и 9к ячеек 18 более менее точных 16 битных генераторов выборок синусов затратив максимум неделю, вот в чём вопрос.

Edited by Porty

Share this post


Link to post
Share on other sites
На самом деле, Вам нужна в таблице четвертинка периода...

И как с её помощью получить "генератор отсчётов синусов произвольной частоты внутри ПЛИС с периодом не кратным целому числу и степени двойки" ?

 

Или к табличке ещё и Фэрроу прилагается?

Share this post


Link to post
Share on other sites
И как с её помощью получить "генератор отсчётов синусов произвольной частоты внутри ПЛИС с периодом не кратным целому числу и степени двойки" ?

 

Или к табличке ещё и Фэрроу прилагается?

получить можно, и я ошибся - нужны любые фиксированные частоты так чтоб выборки как можно дольше не повторялись. Смысл отладки такой таблицей в том что если в каналах связи потеряется пакет любой длинны в любом положении фазы, то ФФТ на это среагировало и резко подпрыгнули боковые лепестки или выскочили побочные гармоники и прочие артифакты (выше 100дб) и была возможность продетектировать это. Если сигнал берётся из таблицы темболее степени двойки то большой шанс того что период целиком выпадет и на ФФТ это не продетектируется.

Edited by Porty

Share this post


Link to post
Share on other sites
Спасибо, я это всё понимаю, но мне нужно 18 каналов, т.е. 18 генераторов с определёнными фиксированными характеристиками и высокой точностью,

Что-то типа этого:

http://www.chipovod.ru/plis/dds-generator-na-plis/

 

А 18 каналов делаются из одного, если его заставить работать в 18 раз быстрее и при смене канала перезагружать регистры... в моем "кратком курсе" есть раздел "многопоточность"...

Share this post


Link to post
Share on other sites
нужны любые фиксированные частоты так чтоб выборки как можно дольше не повторялись.

А решить систему дифференциальных уравнений:

 

W*cos(Wt) = sin(Wt)'

W*sin(Wt) = -cos(Wt)'

 

в фиксированной арифметике никак не получится?

 

Или CORDIC на ПЛИС?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Нда... Количество советов по вариантам цифровой генерации синуса скоро превысит число доказательств теоремы Пифагора :)

 

Вот самый простой способ, описан тут:

http://www.ti.com/lit/an/spra096a/spra096a.pdf, раздел A.1 на странице 16.

 

Для совсем ленивых описываю суть алгоритма:

 

y(i+1) = 2*cos(phi)*y(i) - y(i-1), где:

 

y(i) - последовательность целочисленных значений синусоиды

cos(phi) - отвечает за частоту, phi - это приращение фазы синусоиды за один период частоты дискретизации. phi = 2*pi*f / f0.

 

начальные значения y(0) и y(-1) определяют фазу и амплитуду генерируемого сигнала. Если на начальную фазу плевать, то подойдут такие значения: y(0) = 0, y(-1) = -A * sin(phi), где А - амплитуда синусоиды.

 

Вы можете выбрать любую разрядность, какую потянут умножители. Единственное, нужно так выбрать частоту дискретизации, чтобы ошибка от округления косинуса до ближайшего целого была не очень большой. например, для очень малого приращения фазы косинус может быть очень близок к 1, и после перевода на целочисленную арифметику ограниченной разрядности давать заметный сдвиг частоты.

 

 

Если Вам будет жалко тратить целый умножитель на каждый из 18 каналов, то Вы можете организовать конвейер и контексты на большей частоте, которые будут кормить общий умножитель. Контекст каждого канала полностью определяется тремя величинами y(i), y(i-1) и cos(phi), последняя, впрочем, константа и допускает некоторую оптимизацию.

 

Успехов!

 

 

 

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
И как с её помощью получить "генератор отсчётов синусов произвольной частоты внутри ПЛИС с периодом не кратным целому числу и степени двойки" ?
Дык... "Просто"...

Текущую фазу сигнала "произвольной частоты" грузить в табличку, а выгружать амплитуду сигнала "произвольной частоты". И так стопицот тыщ раз в секунду.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Используйте ядро NСО из состава встроенных ядер - по моему это самый простой путь.

Правда не знаю сколько ресурсов у Вас это всё дело скушает, но можно не генерить сразу полную разрядность. Или сделать только один генератор и его частоту потом крутить, не вариант?

P.S.: А может синус вообще необязателен? Может и треугольника или меандра с головой хватит?

Share this post


Link to post
Share on other sites
Используйте ядро NСО из состава встроенных ядер - по моему это самый простой путь.

Правда не знаю сколько ресурсов у Вас это всё дело скушает, но можно не генерить сразу полную разрядность. Или сделать только один генератор и его частоту потом крутить, не вариант?

P.S.: А может синус вообще необязателен? Может и треугольника или меандра с головой хватит?

 

Присоединяюсь к NCO. Мощная вещь! Для пробы то что надо! Там, кстати, можно вытянуть ваши 110дб, если заказать....

Share this post


Link to post
Share on other sites
Нда... Количество советов по вариантам цифровой генерации синуса скоро превысит число доказательств теоремы Пифагора :)

 

Вот самый простой способ, описан тут:

http://www.ti.com/lit/an/spra096a/spra096a.pdf, раздел A.1 на странице 16.

 

Для совсем ленивых описываю суть алгоритма:

 

y(i+1) = 2*cos(phi)*y(i) - y(i-1), где:

 

y(i) - последовательность целочисленных значений синусоиды

cos(phi) - отвечает за частоту, phi - это приращение фазы синусоиды за один период частоты дискретизации. phi = 2*pi*f / f0.

 

начальные значения y(0) и y(-1) определяют фазу и амплитуду генерируемого сигнала. Если на начальную фазу плевать, то подойдут такие значения: y(0) = 0, y(-1) = -A * sin(phi), где А - амплитуда синусоиды.

 

Вы можете выбрать любую разрядность, какую потянут умножители. Единственное, нужно так выбрать частоту дискретизации, чтобы ошибка от округления косинуса до ближайшего целого была не очень большой. например, для очень малого приращения фазы косинус может быть очень близок к 1, и после перевода на целочисленную арифметику ограниченной разрядности давать заметный сдвиг частоты.

 

 

Если Вам будет жалко тратить целый умножитель на каждый из 18 каналов, то Вы можете организовать конвейер и контексты на большей частоте, которые будут кормить общий умножитель. Контекст каждого канала полностью определяется тремя величинами y(i), y(i-1) и cos(phi), последняя, впрочем, константа и допускает некоторую оптимизацию.

 

Успехов!

 

Спасибо, эта штука заработала, и как я только умудрился забыть то что сдавал давным давно в универе когда только пришли комплекты "Умка" на базе КР580, я тогда с преподом наспор за зачот сделал расчёт таблицы синусов по этой итерационной формуле ньютона если не ошибаюсь с названием.

Штука заработала но я не осилил расчёт погрешностей статических и динамических в итоге чуток частота плавает и не точно задаётся, например задал pi*200 = 628.318531Hz, а вышла pi*203=637.743309Hz в арифметике с фикс. запятой 16/16. 16 бит на числа после запятой по идее должно хватить, странно что частота не точно выставлена оказалось, умножитель 64 битный, округляю правильно по правилам арифметики округления.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

1. Вообще, насколько я себе представляю, 16 разрядов мало для 110 дБ. Вот вроде бы по науке соотношение сигнал/ошибка будет, если правильно помню, порядка 2 дБ + 6 дБ * N, где N - число разрядов. Как следствие, 16 разрядов дадут что-то около 98 дБ, а для 110 нужно не менее 18 разрядов. Я бы сделал для подстраховки разрядов 20, чтобы иметь небольшой запас на точность вычислений.

 

2. Так частота "плавает" или просто неточно задается? Как я уже написал, нужно так выбрать частоту дискретизации, чтобы у сигнала был ощутимый набег фазы, порядка 45-60 градусов. В этом случае округление значения косинуса не приведет к заметным изменениям задающей частоты. Чтобы было понятнее, поясню на примере. Вот есть частота синусоиды 200 Гц. А частота дискретизации, скажем, 56000 Гц.

cos(2*pi*200/56000) будет 0,999748235. Приведение к Q0.16 даст 65519,50033. Обрезание до целого даст 65519, что эквивалентно значению косинуса 0,999740601, или исходной частоте 203,0098173 Гц.

 

Если все то же самое проделать с частотой дискретизации 1600 Гц, на которой 200 Гц дает набег фазы в 1/8 периода, то частота составит 200,0052204 Гц. Если же взять частоту под набег фазы в 1/6 периода, 1200 Гц, то косинус будет равен половинке и вообще не даст погрешности.

 

так как у Вас достаточно широкий диапазон синтезируемых частот, то целесообразно сделать несколько кратных частот дискретизации, близких к синтезируемым, исходя из указанного соображения.

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this