基于IODELAY固件的数字脉冲宽度调制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于IODELAY固件的数字脉冲宽度调制器。该数字脉冲宽度调制器由时钟生成模块、同步计数模块、IODELAY固件模块和异步信号产生模块组成。时钟生成模块对输入时钟信号倍频后产生基础时钟信号输入到同步计数模块和IODELAY固件模块，同步计数模块产生粗调控制信号和初始控制信号，分别输入到IODELAY固件模块和异步信号产生模块，IODELAY固件模块对粗调控制信号进行延时，产生对应的终止控制信号，然后将终止控制信号输入到异步信号产生模块中。在异步信号产生模块中，终止控制信号和初始控制信号通过RS触发器输出最终的数字脉冲宽度调制信号。本发明专利技术通过IODELAY模块对粗调控制信号进行相位延迟，可以实现更高精度的数字脉冲宽度调制，具有较强的准确性、通用性以及适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子
，具体涉及一种数字脉冲宽度调制电路。
技术介绍
在使用数字脉冲宽度调制(Digital Pulse Width Modulation, DPWM)的系统结构中，目前主要采用的方式，一种是混合型DPWM（Hybrid DPWM），二是采用Dither方式实现的DPWM。采用Dither方式实现的DPWM主要采用了的思路实现，这种设计可以使用低精度高频率的DPWM来实现较高的有效输出精度，也就相应减少了DPWM的功耗和面积。但是Dither方式实现的DPWM在模式切换时会产生周期延时，对DPWM的高速响应不利。混合型DPWM的设计则没有不需要的延时。混合型DPWM结合了传统的计数器型结构和延时链型结构，通常由粗调模块和细调模块组成。假设输入为一串二进制数组dc(N:0)，高位为dc(N:m)，低位为dc(m:0)。粗调模块使用传统的计数器结构，由高位确定粗调的脉冲占空比。而由延时链结构组成的细调模块使用由二进制数组的低位细调占空比，达到更高分辨率。混合型DPWM的实现方式有两种：数模混合方式和全数字方式，二者的区别主要在于延时链的设计。数模混合方式采用模拟延时链，由延迟锁相环（Delay Locked Loop, DLL）中的电荷泵通过充放电控制每一个延时单元的延时时间，使得电路的功耗相对更大，而DLL上电过程中可能出现失锁的情况，模拟电路控制方法易受外部环境干扰，鲁棒性不如数字控制方法强。因此，全数字方式在总体性能上更有优势。数字时钟管理器(Digital Clock Manager, DCM)是较高级FPGA产品中集成的专门用于时钟综合、消除时钟偏移和进行时钟相位调整的固件资源，利用DCM完成时钟倍频、分频、相移十分方便｡在专利“一种数字脉冲宽度调制电路”（专利号为：CN 102832914 A）中，所提出的一种数字脉冲宽度调制电路中，其使用粗调模块和细调模块完成数字脉冲宽度调制器的设计，其中粗调模块主要包括计数器和比较器，细调模块包括延迟链、多路复用器和全数字逻辑控制模块，基础时钟信号经过粗调模块粗调后，送至细调模块完成细调，从而提高数字脉冲宽度调制电路的调制精度。但是该方法存在以下缺点：该方法的基础时钟频率只能达到1MHz，随着基础时钟频率的提高，该方法并不能满足要求。并且在基础时钟分辨率不变情况下，调制精度较低，另外其结构组成复杂，设计工艺要求较高，成本较为高昂。IODELAY固件是Xilinx公司每个I/O模块中都包含的可编程延时单元，可用于组合输入通路、寄存输入通路、组合输出通路或寄存输出通路等，还可在内部资源中直接使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高分辨率的数字脉冲宽度调制器，通过对粗调控制信号进行相位延迟可以实现更高精度的数字脉冲宽度调制（DPWM）。本专利技术的实现技术方案如下：一种数字脉冲宽度调制器，由同步计数模块实现信号的粗调，并输出初始控制信号和粗调控制信号；由IODELAY固件模块对粗调控制信号进行不同相位的时延，提高调制分辨率；同时在IODELAY固件模块产生相应的终止控制信号，然后与初始控制信号通过RS触发器输出最终的DPWM信号；同步计数模块和IODELAY固件模块所需的基础时钟信号由时钟生成模块生成。时钟生成模块主要由倍频器组成，倍频器对输入时钟信号进行倍频得到所需的基础时钟信号；同步计数模块主要由预载计数器组成。预载计数器完成对基础时钟信号精确的同步计数，由输入数组的高4位dc(10:6)控制基础时钟信号的周期数。在计数开始时产生一个高电平的脉冲信号，即生成初始控制信号，然后再经过dc（10:6）个基础时钟周期后产生一个高电平脉冲信号，即计数结束生成粗调控制信号，最终的到的粗调控制信号相对于初始控制信号的延时时间为dc（10:6）*T（假设基础时钟信号的周期为T），从而实现脉宽的粗调。IODELAY固件模块由IODELAY固件构成。IODELAY固件的作用是对输入的粗调控制信号进行时延，产生终止控制信号，其中粗调信号的延时间时间由输入数组的低六位dc（5:0）控制，即延时时间为（dc（5:0）*T)/64（假设基础时钟信号的周期为T），相当于对基础时钟信号进行了64分频，最终实现了粗调控制信号相位的精确延时，同时将该调制器的调制精度提高了64倍；异步信号产生模块主要由RS触发器组成。RS触发器将初始控制信号的上升沿和终止控制信号上升沿进行锁存后输出所需的数字脉冲宽度调制（DPWM）信号，即初始控制信号的上升沿作为DPWM信号的上升沿，终止控制信号的上升沿作为DPWM信号的下降沿，最终得到一个高电平的DPWM信号。本专利技术在基础时钟分辨率不变时将调频精度提高64倍，实现结构较为简单，并且具有面积小、精度高以及成本低等优点，相比传统的数字脉冲宽度调制器，本专利技术可实现更精细的分辨率，基础时钟频率可达到200MHz，且不受工艺温度、电压影响，并且在相同的高精度条件下，相比于其他DPWM调制器具有更为简单的制造工艺。附图说明图1 是基于IODELAY固件的数字脉冲宽度调制（DPWM）器总体结构。图2 是时钟生成模块。图3 是同步计数模块。图4 是IODELAY固件模块。图5 是异步信号产生模块。图6 是同步计数模块输出波形。图7是IODELAY固件模块输出波形。图8是DPWM输出信号示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提供一种高精度的数字脉冲宽度调制器，如图1所示，该调制器由时钟生成模块、同步计数模块、IODELAY固件模块和异步信号产生模块组成。四个模块具体的电路图如图2至图5所示。首先将输入11位数组dc（10:0）分为高5位dc（10:6）和低6位dc（5:0）。在图2所示的时钟生成模块中，DCM×4是4倍的频率倍频器，CLK信号为输入时钟信号，其频率为50MHz。CLK时钟信号经过DCM×4倍频器扩频后，得到频率为200MHz的基础时钟信号CK，然后将基础时钟信号CK送入到同步计数模块和IODELAY固件模块。在如图3所示的同步计数模块中，预载计数器对输入的基础时钟CK信号进行计数，计数开始（即count=0）时计数器load端输出信号经过两个D触发器将输出一个初始控制信号(即图8中的SET信号)至异步信号产生模块的SET信号端。当计数完成（即count=dc（10:6））后，carry_out端输出信号经过两个D触发器将输出粗调控制信号送至IODELAY固件模块中，至此完成脉宽的粗调，得到如图6所示的粗调控制信号，图6所示的粗调控制信号相对于初始控制信号的延时时间为dc（10:6）*T（假设基础时钟信号周期为T）。在如图4所示的IODELAY固件模块中，IODELAY固件的作用是控制粗调控制信号产生延时，由低六位dc(5:0)控制产生一路对应的终止控制信号（即图8中所示的RESET信号），即延时时间为（dc（5:0）*T)/64（假设基础时钟信号的周期为T），相当于对基础时钟信号进行了64分频，最后再将终止控制信号送入到异步信号产生模块中。在如图5所示的异步信号产生模块中，RS触发器将初始控制信号的上升沿和终止控制信号上升沿进行锁存后输出所需的数字脉冲宽度调制（DPWM）信号（如图8所示），即初始本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于IODELAY固件的数字脉冲宽度调制器，其特征在于：包括时钟生成模块、同步计数模块、IODELAY固件模块和异步信号产生模块；其中，时钟生成模块对输入时钟信号倍频后产生基础时钟信号，输入到同步计数模块和IODELAY固件模块；在同步计数模块中，预载计数器对基础时钟信号进行计数，从而实现脉宽粗调，同时产生粗调控制信号和初始控制信号，分别输入到IODELAY固件模块和异步信号产生模块；IODELAY固件模块对粗调控制信号进行延时，产生一路对应的终止控制信号，并将终止控制信号输入到异步信号产生模块；在异步信号产生模块中，终止控制信号和初始控制信号通过RS触发器输出最终的数字脉冲宽度调制信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于IODELAY固件的数字脉冲宽度调制器，其特征在于：包括时钟生成模块、同步计数模块、IODELAY固件模块和异步信号产生模块；其中，时钟生成模块对输入时钟信号倍频后产生基础时钟信号，输入到同步计数模块和IODELAY固件模块；在同步计数模块中，预载计数器对基础时钟信号进行计数，从而实现脉宽粗调，同时产生粗调控制信号和初始控制信号，分别输入到IODELAY固件模块和异步信号产生模块；IODELAY固件模块对粗调控制信号进行延时，产生一路对应的终止控制信号，并将终止控制信号输入到异步信号产生模块；在异步信号产生模块中，终止控制信号和初始控制信号通过RS触发器输出最终的数字脉冲宽度调制信号。2.根据权利要求1所述的基于IODELAY固件的数字脉冲宽度调制器，其特征在于：IODELAY固件模块由Xilinx公司的IODELAY固件组成，IODELAY固件的作用是对输入的粗调控制信号进行时延，产生终止控制信号，其中粗调信号的延时时间由输入数组的低六位dc（5:0）控制，终止控制信号相对于粗调控制信号的延时时间为（dc（5:0）*T)/64，假设基础时钟信号的周期为T。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文，冯欣，陆晓明，胡姗姗，庄珊娜，袁效鹏，张巍巍，齐全，朱熠良，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，南京弘顺思诺电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32