基于FPGA的ADC和DAC设计

本文介绍了如何使用Verilog语言在FPGA上设计ADC和DAC转换器。通过TLV1544实现AD转换,TLC5620实现数模转换。在QuartusII环境下进行了工程实现,并展示了关键模块的接口和连接。

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使用verilog语言设计ADC和DAC转换

AD转换就是模数转换。顾名思义,就是把模拟信号转换成数字信号。采用TLV1544转换

数模转换器(Digital to Analog Converter)即DAC,就是把数字信号转换成模拟信号。DAC采用TLC5620转换

下面是在QuartusII下的工程截图:

//顶层模块
//本次正弦波频率大约在750-800Hz,没有精确计算,和DA的加载时间有关
module    DA_AD
                    (
                        clk,
                        rst_n,
                        DAC_SCLK,
                        DAC_DATA,
                        DAC_LDAC,
                        DAC_LOAD,
                        
                        ADC_SDO,
                 

### 基于 FPGA 的高速 ADC DAC 设计与实现 #### 高速 ADC DAC 在现代无线通信系统中的重要性 在现代无线通信系统中,高速、高精度的模拟-数字转换器(ADC)数字-模拟转换器(DAC)扮演着至关重要的角色。这些组件负责将物理世界的连续时间信号转化为离散的时间序列数据,反之亦然,从而使得数字化处理成为可能[^1]。 #### FPGA 技术的优势 现场可编程门阵列(FPGA)由于其高度灵活的架构以及强大的并行计算能力,在设计先进的射频ADCDAC方面展现出显著优势。FPGA不仅能够提供定制化的硬件逻辑支持,还允许开发者根据具体应用场景调整内部资源分配,优化性能表现。 #### SAR ADC 实现原理 对于基于逐次逼近寄存器(Successive Approximation Register, SAR)结构的ADC而言,其实现过程主要包括以下几个阶段: 1. **采样保持电路**:用于捕捉输入电压瞬态变化; 2. **比较器**:判断当前测试电平是否高于实际输入值; 3. **D/A 转换器**:生成参考电压供比较器使用; 4. **控制逻辑单元**:协调各部分工作流程直至完成一次完整的量化操作。 ```python def sar_adc(input_voltage, reference_voltage=5.0, resolution_bits=8): """ Simulate a simple SAR ADC conversion process. :param input_voltage: Input analog voltage to be converted into digital code. :param reference_voltage: Reference voltage used by the internal DAC of SAR ADC. :param resolution_bits: Number of bits representing output digital value range. :return: Digital representation (integer) corresponding to given input voltage level. """ dac_output = 0 bit_weight = pow(2, resolution_bits - 1) while bit_weight >= 1: # Update DAC output with current test pattern new_dac_value = dac_output | bit_weight if compare_voltages(new_dac_value * reference_voltage / pow(2, resolution_bits), input_voltage): dac_output |= bit_weight bit_weight >>= 1 return dac_output def compare_voltages(test_voltage, actual_voltage): """Simulates comparator behavior.""" return test_voltage <= actual_voltage ``` 此Python函数`sar_adc()`展示了如何利用软件方式模仿SAR ADC的工作机制。当然,在真实世界里,这部分功能是由专门制造出来的集成电路来执行的[^2]。 #### R-2R 网络型 DAC 工作机理 另一方面,电阻梯形网络(R-2R Ladder Network)是一种常见的DAC设计方案,它通过巧妙排列不同阻值比例的标准元件形成分压链路,进而精确映射二进制编码至相应输出电压水平。这种拓扑结构简单易懂且易于集成到大规模集成电路之中,非常适合应用于FPGA平台上构建高效能DAC模块。 ```plaintext MSB ----->|----+ | | 2R R/2 | | --+-- Vout | GND <----- LSB ``` 图解说明了一个典型的双端口R-2R网络配置,其中MSB表示最高有效位(Most Significant Bit),而LSB则指最低有效位(Least Significant Bit)[^2]。
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