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【全国一等奖】2011全国大学生电子设计竞赛E题——简易数字信号传输性能分析仪-李博

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简易数字信号传输性能分析仪（E题）

国防科技大学

作者：李博，李安冬，赵本东

赛前辅导教师：×××文稿整理辅导教师：×××

摘要：本系统提出基于双FPGA的简易数字信号传输性能分析仪。利用前级FPGA产生程控数字信号和高频伪随机噪声，经过继电器切换带宽及增益可变的滤波器模拟的传输信道，和由π型衰减网络、AD603程控放大实现的AGC网络，最终送入后级FPGA提取同步时钟信号，并在TFT液晶屏上显示眼图。整个系统经过严格测试，各项指标合格。

关键字：数字信号分析仪滤波器FPGATFT液晶屏眼图

Abstract:The?systemputforwardakindofsimpledigitalsignaltransmissionperformanceanalyzerbasedon?two-FPGA?combination.Thepre-programmeddigital?signaland?high-frequency?noisearegeneratedbythefirstFPGA.Goingthroughtheanalog?transmissionchannelsimulatedby?thefilterofVariable-gain?bandwidth,andtheAGCnetworkwithπ-typenetworkandAD603programmableAmplifier,thesignalissendtoanotherFPGAforsynchronousclockextraction.Signal?eyediagram?aredisplayedon?theTFT-LCD?screen.Theentiresystemhadbeenthroughrigoroustesting,andalltheindicatorsarequalified.

Keys:digitalsignalanalyzer,filter,FPGA,TFT-LCD,Eyediagram.

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系统框图

2系统理论分析与计算

2.1低通滤波器的设计

低通滤波器题目要求实现100K，200K，500K三种截止频率的低通滤波器，每个滤波器带外衰减不少于40dB/十倍频程，滤波器的通带增益AF在0.2~4.0范围内可调。

我们经过分析，认为截止频率不高，因此采用比较性能比较稳定的运放LF356，价格便宜，性能刚好能够达到指标的要求，符合组委会对性价比的考察意义。

LF356的增益带宽积（GBW）为5M，压摆率（SR）为12V/us，足以构成500K通带的三阶巴特沃兹低通滤波器。

经过计算分析，2阶低通滤波器带外衰减理论为-40dB每十倍频，但经过实测电路只能达到-38dB，而椭圆滤波器在阻带内有较大旁瓣，不满足题目要求，切比雪夫滤波器在通带内不平整，会导致信号不稳定，故我们采用3阶巴特沃兹低通滤波器。

经过查表，三阶巴特沃兹低通滤波器(100k)的传输函数为：

各元件值经过计算如下：

三阶巴特沃兹低通滤波器(200k，500k)经过相似计算和调试，最终也成功实现。

2.2M序列数字信号的计算

m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的序列，也称为伪随机序列。

查表可知题目中所给特征方程，均为本原多项式，可直接得到M序列反馈系数：

C1=100011101(n1=9).

C2=1000000110011(n2=13).

根据反馈系数C和m序列级数n，就可用verilog语言描述出m序列发生器。

2.3曼彻斯特编码的分析

曼彻斯特编码的编码方法是将每一个码元再分成两个相等的间隔，参考G.E.Thomas定义，码元1是在前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平，码元0则相反。这种编码可以保证在每一个码元的正中间时间出现一次电平的转换，利于接收端提取位同步信号。曼彻斯特编码后信号数据率为传输率的1/2，频带宽度则是原信号的2倍。

按照曼彻斯特码的码形要求，编码器将输入时钟频率设定为原始信号时钟的2倍，每输出两个码元进行一次信号码元的采样。

2.4眼图显示方法

眼图的显示同时采用示波器显示与液晶屏显示两种方法，分别显示信号V2a和信号V4的眼图。

示波器显示：将信号V2a作为主信号接入示波器，信号发生器的V1-clock和分析仪的V4-syn按要求选其一作为触发信号接入