基于FPGA的數(shù)字功率放大器設計與實現(xiàn).pdf

1、本文的技術研究，主要以測井傳輸系統(tǒng)的工程應用為背景，詳細介紹和設計了基于FPGA技術的 Sigma-Delta型數(shù)字功率放大器。通過 FPGA實現(xiàn)的Sigma-Delta調制器將峰值與平均功率比較高的OFDM信號轉為PWM信號，轉換后的PWM信號可以直接驅動后級的開關功率放大電路。較當前系統(tǒng)使用的A類放大器，本文設計的系統(tǒng)能夠使放大器提高到很高的效率，能夠實現(xiàn)較低的系統(tǒng)功耗，并較大地提高輸出信號的發(fā)送功率。同時，由于調制器采用的過采樣技

2、術和噪聲整形技術，使得測井傳輸系統(tǒng)發(fā)送到傳輸電纜上的信號功率和傳輸?shù)男旁氡却蟠筇嵘?，從而能夠提高測井系統(tǒng)的傳輸速率。
　　本文主要從理論分析、軟件仿真和硬件實現(xiàn)等多個角度，詳細分析了系統(tǒng)設計實現(xiàn)的全部過程。本文中設計研究的主要內容如下：
　　1．系統(tǒng)級設計：對系統(tǒng)各個模塊進行原理分析，確定系統(tǒng)設計的基本結構。通過 Simulink工具和 Matlab程序，進行系統(tǒng)的建模仿真。由于采用 Sigma-Delta調制器，需要設計高

3、倍的內插濾波器和Sigma-Delta轉換器，能夠實現(xiàn)高倍采樣率和噪聲整形。經(jīng)過建模仿真后，分析系統(tǒng)能否達到我們的設計要求。
　　2．RTL代碼設計：Sigma-Delta調制器由FPGA實現(xiàn)，使用Verilog語言設計可以綜合實現(xiàn)的RTL代碼。我們使用的芯片，采用的是有耐高溫、低功耗、穩(wěn)定性較高的Actel芯片，這種芯片非常適合惡劣的井下環(huán)境。主要的設計工具有綜合工具Synplify Pro、仿真工具Modelsim、系統(tǒng)編譯實

4、現(xiàn)與布局布線工具Libero IDE。
　　3．板級硬件實現(xiàn)：以Matlab程序建模的系統(tǒng)為設計依據(jù)，通過系統(tǒng)仿真來分析RTL代碼設計程序的可行性。代碼下載到設計好的電路板FPGA中，設計后端的模擬開關放大電路和模擬低通濾波器。
　　4．系統(tǒng)測試：通過測試，觀測 FPGA系統(tǒng)能否達到我們要求的 Sigma-Delta調制器等效12比特數(shù)模轉換器的性能，即調制器經(jīng)模擬低通濾波后輸出的信噪比為72dB。同時檢測系統(tǒng)傳輸電纜后的信