在FPGA上建立一个UWB脉冲发生器

 

　　用大多数FPGA都可以实现一个数字UWB(超宽带)脉冲发生器。本设计可以创建一个两倍于FPGA时钟频率的脉冲信号(图1)。以前的设计要采用异步延迟，才能制造出所需频率的脉冲。不过该设计需要一只支持三态上拉的FPGA，如Xilinx公司的Virtex 2(参考文献1)。这种方案亦需要手工布局与布线。今天的FPGA都不支持三态上拉。另外，异步延迟会随温度而变化。本例采用了一种有多时钟相位组合的同步延迟方案。这一设计可以实现于所有类别的FPGA上。

　　

 

　　本设计中的主要限制因素是DCM(数字时钟管理器)以及触发器的主时钟频率。例如，Xilinx公司Virtex 4的DCM不能超过400 MHz。一片FPGA可以生成频率为时钟频率一半的信号，因为它用两个时钟脉冲使信号从0转换为1，再回到0。因此，不能直接生成大于时钟频率一半的频率。本设计用DCM的多时钟相位以及小于单个时钟周期的同步延迟，可以产生出高于时钟频率一半的脉冲信号，达到时钟频率的两倍。

　　图2即所称的脉冲发生器。它包括三个功能块：一个OOK(on/off键控)调制器、一个同步延迟发生器，还有一个包含一只异或门的边沿结合器。OOK调制器由一只反相器构成，它在每个新脉冲的开始时作为脉冲重复频率信号触发器。当发生一个触发时，OOK电路将一个预初始化的信号转换成为一个时间，该时间等于来自一个脉冲带宽的计数值，然后在下个触发出现前保持为零。OOK块产生的频率是时钟频率的一半。这个OOK输出通过同步延迟发生器，产生出三个延迟版的OOK输出。

　　

 

　　这些延迟都小于一个时钟周期。时钟相位依次为触发器FF1、FF2和FF3提供时钟，它们分别延迟90°、180°和 270°。这些延迟脉冲再使用组合逻辑，与OOK调幅器的输出相结合，产生出UWB脉冲所需要的频率。边沿结合器完成一次XOR(异或)运算，获得的信号频率取决于希望组合的边沿。将OOK输出边沿与FF1 输出相结合，就得到一个等于时钟频率的信号。将所有输出边沿结合起来，就得到一个两倍于时钟频率的信号。DCM对这些延迟做同步，产生一个精确的信号频率。本设计的复杂性小于参考文献1中的异步延迟方案。