1 导言
在导弹类型的研发过程中，匹配设备是用于遥测体系中信号改换的要害部件，是弹上一切要害部件的信息送到遥测设备的咽喉。匹配设备的精度和可靠性是影响遥测成果的重要因素。本课题是为遥测匹配设备主动测验体系供给高精度的信号，用于查验匹配设备主动测验体系的作业情况。从这个意义上来说，小型化、通用化信号卡的规划和完成是测验渠道的必定要求。因而，有必要选用先进的规划办法和大规模可编程逻辑器材加以完成才干习惯这种开展趋势，CPLD/FPGA等大规模可编程逻辑器材的开展和VHDL硬件描绘言语的老练为此奠定了杰出的软硬件根底。为了进步信号卡的精度，D/A的挑选至关重要，选用Analog Device公司的16位D/A转化器AD768彻底满意精度的规划要求。
本文侧重介绍了一种依据FPGA和AD768，用VHDL硬件描绘言语规划完成高精度信号卡的计划，理论和试验证明，该计划切实可行。
2 信号卡的计划规划
2.1 功用介绍
该信号卡输出为64路-15V～+15V 的可调电压。信号的调度精度不低于0.1%。每路信号的驱动电流不小于5mA，不大于20mA。别的依据需要，也能够在-15V～+15V规模内经过调整硬件恣意挑选极限输出规模，电压规模越小，绝对误差电压也相对越小。
2.2 信号卡原理框图
该信号卡由FPGA主控单元、单片机、电源模块、大容量存储器、DAC、后继调度电路及输出接口等部分组成。其间，波形数据由上位机经过软件编程发生，数据经主控卡传送到高速数字总线上，信号卡由单片机经过总线接口接纳后送到FPGA，由FPGA送到大容量存储器存储。FPGA中心操控逻辑担任各种操控信号的发生，它操控数据从大容量存储器输出到DAC转化，并操控模仿开关的选通，信号经模仿开关后再经过坚持扩大电路输出。信号卡的原理框图如图1所示。
电源模块给各个部分供电（图中未标箭头）。继电器的操控信号由上位机给出，经主控卡传送到数字总线上，然后经单片机和FPGA给继电器。继电器操控后继调度电路的电源供电，以此来操控是否将信号输出给外部设备。
2.3 进步精度的一些办法
选用16位D/A能到达所要的1％的调度精度，可是因为信号传输中有串扰、噪声等一系列的搅扰，不免会对精度发生影响，有鉴于此，咱们在电路中参加以下办法来按捺搅扰，进步精度。
1．电路板选用4层板规划，进步整个体系的抗搅扰才能
2．模仿地和数字地分隔，在一点处用0欧的电阻连接起来。整个信号源模块与测验台其他模块不共地。
3. 在接口与单片机之间选用光电阻隔器进行阻隔，按捺搅扰。
4．选用独立电源供电，经过继电器给扩大电路供电，确保电源电压不受搅扰。
5．后续调度电路选用外部频率补偿法，下降环路增益，进步了信号的安稳性。
经验证，以上办法很好地按捺了体系地搅扰，对进步体系地调度精度起到了很大的效果。
3 DAC单元电路规划
AD768是16位的高速模数转化器，转化速率高达30MSPS，依据要求，输出的模仿信号电压规模要求在-15V～+15V之间，转化电路选用AD811与AD824的组合，如图2所示。
图2中，IOUTA为AD768的电流输出，数字输入全为1时满幅；REFOUT为AD768的参阅输出电压，值为2.5V。AD768有两个互补的电流输出端IOUTA和IOUTB，它们具有相同的动态功能。能够装备成单端或差分两种作业形式。IOUTA和IOUTB可经过一个负载电阻R1转化成互补的单端电压输出VOUTA和VOUTB。而使差分电压存在于VOUTA和VOUTB之间，一起经过一个差分扩大器来将差分信号转化成单端电压。本规划选用AD768的差分形式。经过设置IBipolar的值为最大反应电流IFB的一半，使得输出电压的鸿沟值对称。当参阅输出电压REFOUT端接地时，AD768处于电流输出形式，输出电流IOUTA与参阅电流IREFIN的关系式为：
IOUTA=（DACCODE/65536）×（IREFIN×4） （1）
式（1）中，DACCODE是16位数字输入码，在0～65535间改变。IREFIN的值为5mA。因而输出电流IOUTA最大不会超越20mA，能满意要求的驱动电流的要求。输出电流经过运算差分扩大器AD811缓冲扩大后，输出电压规模在-2.5V～+2.5V，再经过扩大增益为6的扩大电路，输出电压VOUT将在-15V～+15V之间，能够满意规则的要求。
4 FPGA内部逻辑操控
VHDL言语是一种硬件描绘言语，描绘才能极强，可掩盖逻辑规划的许多范畴和层次，并支撑很多的硬件模型。与其它HDL言语比较有：规划技能完全，办法灵敏，支撑广泛；体系硬件描绘才能强；能够与工艺无关地进行编程；言语标准、标准，易于同享和复用；缩短规划周期，削减出资危险等长处。本规划的FPGA内部逻辑悉数选用VHDL言语来编写。
4.1 FPGA内部原理图
图4是由VHDL言语完成的信号卡FPGA内部原理图，FPGA在体系时钟信号（FOSC）的驱动下，判别上位机给出的操控信号，接纳上位机宣布的波形数据，然后输出各种操控信号，并将数据送到存储器中。别的，FPGA还给出指示灯的操控信号，经过指示灯指示其作业状况，方便了设备作业状况的判别及调试。
4.2 数据的二次编码
因为单片机与FPGA之间的数据传输是8位的，而咱们用的D/A是16位的，因而发生的16位数据如在单片机与FPGA间传输是问题地点，为此，咱们将计算机生成的16位数据分红3个8位的数据，用每个数据的高二位即DATA7和DATA6的组合来表明数据是高位、中位仍是低位。单片机传给FPGA的8位的数据，FPGA要把它们还原成本来16位的数据，这便是数据的二次编码。数据的二次编码是整个程序的要点地点。图5是二次编码的流程图。
在总线写（即wr有用）的过程中，FPGA要判别收到单片机的数据是高位、中位仍是低位，程序中， busdata（7 downto 6） = “00”表明接受到的数据是低位；busdata（7 downto 6） = “01”表明接受到的数据是中位；busdata（7 downto 6） = “10”表明接受到的数据是高位。FPGA将3个8位（实践是6位）的数据整合，写入到存储器及D/A转化器收到的数据便是转化今后的dataout［15 … 0］。
5 定论
信号卡的输出成果如图6所示，由图可见，波形安稳，失真度极低，较好地到达了规划的要求。
因而，选用可编程逻辑器材FPGA和16位D/A转化器AD768来进行规划的计划切实可行，本信号卡具有结构简略，功能安稳，有用性、可靠性高，此外还有便于修正和优化等长处，缩短了开发规划的周期。
文章立异点：本文规划的依据FPGA和AD768的信号卡，能发生-15V～+15V幅值可调的波形信号，调度精度高达1％，远高于一般的信号源；功能安稳，可靠性高，便于修正和优化。
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