FPGA实现简易存储示波器设计与分析

"基于FPGA的简易存储示波器设计，使用FPGA开发板实现模拟信号的采样、存储及显示。" 本文介绍了一种基于FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）的简易存储示波器设计。这种示波器能够捕获并显示模拟信号，其核心在于FPGA的ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）采样控制和双口RAM（Dual-ported RAM）的使用。 在设计原理上，存储示波器如图1所示，ADC负责对输入的模拟信号进行采样，并将数字化的数据送入双口RAM中存储。双口RAM允许同时读写操作，非常适合于实时数据处理。地址发生计数器生成的地址信号用于指定RAM中存储的位置，当一个或多个信号周期的采样完成后，这些数据会在地址发生计数器的驱动下，通过外部的DAC（Digital-to-Analog Converter，数模转换器）还原为模拟信号，送至示波器的Y轴。同时，分频后的地址信号形成锯齿波，作为X轴的同步扫描信号，使得在显示器上能观察到连续的波形。 存储显示过程是通过地址计数器在显示时钟的控制下，依次将存储器中的波形数据送至D/A转换器，然后在CRT（Cathode Ray Tube，阴极射线管）的Y轴上恢复模拟信号。X轴的同步扫描信号则由地址计数器生成的地址信号经过D/A转换器形成阶梯波，确保波形的正确显示。这种数据传输方式的速度取决于时钟频率，速度较快，能够有效地捕捉和再现高频信号。 A/D转换器采用了TI公司的ADS5203，这是一款双通道、10位、40MSPS（百万样本每秒）的高速转换器。ADS5203内部结构复杂，支持多种工作模式，其中40MHz时钟输入双总线输出模式适用于本设计，其配置时序图决定了数据转换和输出的流程。 D/A转换器选择了TI公司的DAC2900，同样具备高速性能，为10位125MSPS的双通道转换器。DAC2900接收FPGA输出的数字信号，通过内部的锁存器转换为差分模拟信号输出。配置DAC2900时，只需确保WR（Write）信号与时钟信号同步，即可完成数据的转换和输出。 这个基于FPGA的简易存储示波器设计巧妙地结合了高性能的ADC和DAC，利用FPGA的强大处理能力，实现了对模拟信号的有效采样、存储和实时显示，对于教学、实验以及简单的信号分析具有很高的实用价值。