CN106878216B - 一种基于fpga的低压电源载波通信调制解调电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的低压电源载波通信调制解调电路，电源转换电路单元用于提供3.3V、2.5V和1.2V三路电源电压，使电路在+3.3V电压下产生载波信号完成载波通信；FPGA芯片向载波通信调制解调单元输出控制信号；载波发生电路单元在控制信号控制下输出单频正弦波载波信号，经外部输入的调制信号改变载波信号的幅度而形成调幅信号；信号解调电路单元将调幅信号转换为可用于ADC的模拟解调信号；ADC将信号解调电路单元输出的模拟解调信号转换为数字信号，并输入至FPGA芯片进行解调。本发明采用单电源输入，可在低压下完成载波通信。载波通信调制解调电路结构简单，输出稳定且可控。

Description

一种基于FPGA的低压电源载波通信调制解调电路
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA的低压电源载波通信调制解调电路，属于电路技术领域。
背景技术
载波通信调制解调电路是信号处理电路的一种重要电子单元。该电路由电源转换电路、FPGA、ADC、变压器、晶振、MOS管、电感和阻容等元器件组成，实现载波通信调制解调。和传统的三极管、运算放大器和变压器等构成的调制解调电路相比，该电路载波通信和解调单元结构简单，载波信号的控制和解调信号的处理皆通过FPGA实现。
发明内容
本发明的目的：本发明采用了一种新结构的载波通信调制解调电路实现调制解调，结构简单，通过FPGA实现载波信号的控制和解调信号的处理，电路在+3.3V低压下提供载波信号从而实现载波通信。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于FPGA的低压电源载波通信调制解调电路，其特征是，包括电源转换电路单元、FPGA芯片、载波通信调制解调单元和ADC；载波通信调制解调单元包括载波发生电路单元和信号解调电路单元；
电源转换电路单元用于提供3.3V、2.5V和1.2V三路电源电压，使电路在+3.3V电压下产生载波信号完成载波通信；
FPGA芯片向载波通信调制解调单元输出控制信号；
载波发生电路单元在控制信号控制下输出单频正弦波载波信号，经外部输入的调制信号改变载波信号的幅度而形成调幅信号；
信号解调电路单元将调幅信号转换为可用于ADC的模拟解调信号；
ADC将信号解调电路单元输出的模拟解调信号转换为数字信号，并输入至FPGA芯片进行解调。
电源转换电路单元中包括一稳压器LT3080和两个MAX1951；5V输入电源由稳压器LT3080转为2.5V输出电压，由两个MAX1951分别转为3.3V和1.2V输出电压。
载波发生电路单元中包括双反相器；
FPGA芯片发出的控制信号EN通过双反相器控制载波信号的输出；当控制信号EN为高电平时，载波信号Z+、Z-端无输出信号，当控制信号EN为低电平时，载波信号Z+、Z-端输出单频正弦波载波信号。
信号解调电路单元中包括RF变压器，由RF变压器将调幅信号转换为模拟解调信号。
FPGA芯片采用EP3C25F256I7。
FPGA芯片所需的电源电压3.3V、2.5V和1.2V均由电源转换电路单元提供。
由FPGA输出ADC所需的时钟信号AD_CLK。
本发明所达到的有益效果：
（1）单电源输入，低压下完成载波通信。
本发明只需提供+5V单电源电压输入，通过电源转换电路单元实现3.3V、2.5V和1.2V三电源输出，且输出电压稳定，满足电路所有器件的供电需求，+5V单电源电压输入路径也是载波通讯的载体，为电路在+3.3V低压下完成载波通信提供了保障。
（2）载波通信调制解调电路结构简单，输出稳定且可控。
新结构的载波通信调制解调电路，仅由晶振U4、NMOS管U6、射频变压器U7和电感、阻容等组成载波发生电路单元和信号解调电路单元，结构简单且输出稳定可控。
（3）由FPGA实现载波信号的控制和解调信号的处理。
载波信号的输出由FPGA控制，将模拟解调信号转换为数字信号由FPGA进行数字信号解调和处理。
附图说明
图1　硬件系统原理框图；
图2 电源转换电路单元；
图3 载波发生和信号解调电路单元；
图4 AD转换电路单元；
图5 FPGA相关电路单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实现的硬件系统如图1所示。电路主要由电源转换电路单元、FPGA电路单元、载波通信调制解调单元和AD转换电路单元组成。其中电源转换电路单元提供3.3V、2.5V和1.2V电源电压，电路在+3.3V低压下产生载波信号完成载波通信；FPGA电路单元主要实现载波信号的控制和解调信号的处理。载波发生电路单元实现单频正弦波载波信号的输出。信号解调电路单元将调幅信号转换为可用于ADC的模拟解调信号。AD转换电路单元将模拟解调信号转换为数字信号，最后由FPGA进行信号解调和处理。
各个功能电路的设计过程详细论述如下。
（1）电源转换电路单元
5V电源分别采用稳压器LT3080转为2.5V输出电压，采用两个降压型DC/DC稳压器MAX1951分别转为3.3V和1.2V输出电压。该电路单元实现了单电源输入、三电压输出的电压转换，不仅为FPGA等电路器件提供稳定的电源电压，也为电路在+3.3V低压下完成载波通信提供了保障。其具体电路如图2所示。
（2）新结构的载波发生和信号解调电路单元
如图3所示，载波发生电路单元主要由晶振U4、双反相器U5、NMOS管U6、RF变压器U7和电感、阻容等组成。晶振U4的电源端VCC与双反相器U5的电源端均接电源转换电路单元输出的3.3V电压，晶振U4的接地端与双反相器U5的接地端共接于地GND。晶振U4的输出端OUT连接到双反相器U5的一路输入，双反相器U5的另一路输入由FPGA提供。双反相器U5的输出端Y连接到NMOS管U6的漏极，NMOS管U6的源极接地，NMOS管U6的栅极经电感L4、电容C36连接至RF变压器U7的初级线圈输入端PD端。NMOS管U6的栅极同时经电容C22接地，经电感L3、电阻R10接3.3V电压。RF变压器U7的初级线圈输入端P端接地；RF变压器U7的次级线圈输出端SD端经电容C25接载波信号Z+端，次级线圈输出端S端接载波信号Z-端。
FPGA输出的控制信号EN作为控制输入信号通过双反相器U5控制载波信号的输出，EN为高电平时，载波信号Z+、Z-端无输出信号，EN为低电平时，载波信号Z+、Z-端输出单频正弦波载波信号。控制信号EN由FPGA提供输出。仅由晶振U4、双反相器U5、NMOS管U6、RF变压器U7和电感、阻容等组成载波发生电路单元，结构简单且输出稳定可控。
外部调制信号输入Z+、Z-端后与 RF变压器U7的输出信号在Z+、Z-端交汇，改变载波信号的幅度成为调幅信号，输入到RF变压器U8，由RF变压器U8和阻容组成信号解调电路单元对调幅信号进行解调，输出模拟解调信号AINP和AINN。
（3）AD转换电路单元
ADC器件U9采用AD9203，模拟解调信号AINP和AINN通过ADC器件U9转换为二进制数字信号AD[0...9]，AD_OTR为溢出位，输入至FPGA进行后续的数据处理。其具体电路如图4所示。
（4）FPGA相关电路单元
FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片采用EP3C25F256I7，其所需的电源电压3.3V、2.5V和1.2V均由电源转换电路单元提供，如图2所示。FPGA输出的控制信号EN用以控制Z+、Z-端载波信号的产生。由FPGA输出ADC器件U9所需的时钟信号AD_CLK。由FPGA输出信号AD_STBY用以控制ADC器件U9工作模式的选择。AD转换电路单元将二进制数字信号AD[0...9]和溢出位AD_OTR传输至FPGA进行后续的数字信号解调和处理。
其具体电路如图5所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于FPGA的低压电源载波通信调制解调电路，其特征是，包括电源转换电路单元、FPGA芯片、载波通信调制解调单元和ADC；载波通信调制解调单元包括载波发生电路单元和信号解调电路单元；
电源转换电路单元用于提供3.3V、2.5V和1.2V三路电源电压，使电路在+3.3V电压下产生载波信号完成载波通信；
FPGA芯片向载波通信调制解调单元输出控制信号；
载波发生电路单元在控制信号控制下输出单频正弦波载波信号，经外部输入的调制信号改变载波信号的幅度而形成调幅信号；
信号解调电路单元将调幅信号转换为可用于ADC的模拟解调信号；
ADC将信号解调电路单元输出的模拟解调信号转换为数字信号，并输入至FPGA芯片进行解调；
电源转换电路单元中包括一稳压器LT3080和两个稳压器MAX1951；5V输入电源由稳压器LT3080转为2.5V输出电压，由两个稳压器MAX1951分别转为3.3V和1.2V输出电压；
载波发生电路单元包括晶振U4、双反相器U5、NMOS管U6、RF变压器U7和电感、阻容；晶振U4的电源端VCC与双反相器U5的电源端均接电源转换电路单元输出的3.3V电压，晶振U4的接地端与双反相器U5的接地端共接于地GND；晶振U4的输出端OUT连接到双反相器U5的一路输入，双反相器U5的另一路输入由FPGA提供；双反相器U5的输出端Y连接到NMOS管U6的漏极，NMOS管U6的源极接地，NMOS管U6的栅极经电感L4、电容C36连接至RF变压器U7的初级线圈输入端PD端；NMOS管U6的栅极同时经电容C22接地，经电感L3、电阻R10接3.3V电压；RF变压器U7的初级线圈输入端P端接地；RF变压器U7的次级线圈输出端SD端经电容C25接载波信号Z+端，次级线圈输出端S端接载波信号Z-端。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的低压电源载波通信调制解调电路，其特征是，载波发生电路单元中包括双反相器；
FPGA芯片发出的控制信号EN通过双反相器控制载波信号的输出；当控制信号EN为高电平时，载波信号Z+、Z-端无输出信号，当控制信号EN为低电平时，载波信号Z+、Z-端输出单频正弦波载波信号。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的低压电源载波通信调制解调电路，其特征是，信号解调电路单元中包括RF变压器，由RF变压器将调幅信号转换为模拟解调信号。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的低压电源载波通信调制解调电路，其特征是，FPGA芯片采用EP3C25F256I7。
5.根据权利要求1所述的基于FPGA的低压电源载波通信调制解调电路，其特征是，FPGA芯片所需的电源电压3.3V、2.5V和1.2V均由电源转换电路单元提供。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的低压电源载波通信调制解调电路，其特征是，由FPGA输出ADC所需的时钟信号AD_CLK。
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