基于FPGA的超聲波氣體流量計中AGC的實現(xiàn)

3 數(shù)字AGC的設(shè)計
數(shù)字AGC系統(tǒng)組成包括A／D轉(zhuǎn)換器(ADC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、可編程只讀存儲器(PROM)，如圖2所示。

3．1 FPGA選型簡介
該設(shè)計采用Altera公司的ACEX系列FPGA器件EPlK30TCl44-3作為核心控制器，其特點是：高密集型；適合大容量應(yīng)用的低成本可編程結(jié)構(gòu)；多電平標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，其I／O接口可驅(qū)動2．5 V和3．3 v器件或被5 V器件驅(qū)動；靈活的內(nèi)部連接；強(qiáng)大的I／0接口．對于每個I／0接口有獨立的三態(tài)輸出控制使能，對于每個I／O接口都有開漏輸出選擇。
EPIK30TCl44-3型FPGA滿足該系統(tǒng)設(shè)計要求，30 000個邏輯門適合于數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計所需的邏輯門數(shù)量；多電平標(biāo)準(zhǔn)簡化了FPGA與外部電路的接口；102個功能強(qiáng)大的I／0接口方便了FPGA外嗣電路設(shè)計；JATG邊界掃描功能為系統(tǒng)開發(fā)與完善提供了很大的方便。
3．2 FPGA內(nèi)部設(shè)計
該設(shè)計主要由乘法器、門限判決、寄存器、加／減計數(shù)器4個模塊組成，實現(xiàn)40 dB動態(tài)范圍的控制。FPGA內(nèi)部框圖如圖3所示。

經(jīng)A／D采樣后的信號x(n)進(jìn)入FPGA進(jìn)行處理。x(n)首先進(jìn)入乘法器模塊與可控增益因子k(n)相乘，然后分成兩路。一路作為調(diào)整增益后的AGC輸出y(n)；另一路送入門限判決模塊。門限判別模塊包括門限判決器和增益查找表，門限判決器內(nèi)設(shè)有高低2個門限，當(dāng)輸入包絡(luò)信號電平大于高門限時，則認(rèn)為輸入信號過大，應(yīng)調(diào)整增益控制因子k(n)減?。寒?dāng)輸入包絡(luò)信號電平小于低門限時，則認(rèn)為輸入信號過小，應(yīng)調(diào)整增益控制因子k(n)增加。對于增加或減少的步進(jìn)量g(n)則從增益查找表中得到。加／減計數(shù)器模塊根據(jù)查找表得到的步進(jìn)因子g(n)及門限判決模塊提供的計數(shù)方向w(n)來調(diào)整增益控制因子的。
3．2．1 門限判決模塊
門限判決模塊用于限制加／減計數(shù)器控制號的波動，防止環(huán)路振蕩，其內(nèi)設(shè)高低2個門之間的范圍即為AGC輸出信號的波動范圍。防止AGC發(fā)生振蕩，該范圍應(yīng)該在滿足解調(diào)器要求的動態(tài)范圍條件下足夠?qū)?，而不是恒定不變的電平值。如果大于高門限，則認(rèn)為信號過大，首先送給加／減計數(shù)器一個向下計數(shù)的信號，然后根據(jù)信號的范同從查找表中確定加／減計數(shù)器的步進(jìn)量；如果小于低門限，則認(rèn)為信號過小，首先送給加／減計數(shù)器一個向上計數(shù)的信號，然后根據(jù)信號的范圍從查找表中確定加／減計數(shù)器的步進(jìn)量；如果在兩門限之間，則加／減計數(shù)器的步進(jìn)量為零。