[发明专利]一种基于FPGA的PWM信号生成方法

说明书

本发明属于信号处理技术领域，公开了一种基于FPGA的PWM信号生成方法，利用FPGA芯片内部自带的锁相环对FPGA芯片工作时钟进行移相处理产生n个同频的辅助时钟信号，用这n个辅助时钟信号分别建立n个用于生成PWM的数字载波信号，将调制波与这n个数字载波进行比较，判断出合适的PWM跳变点，得到更加精确和接近理想的PWM波形；本发明提供的这种PWM信号生成方法巧妙利用PFGA内部锁相环的移相功能产生n个同频的辅助时钟信号，从而突破FPGA工作时钟极限，等效于用n倍频时钟去产生数字载波，在不增加成本的情况下，将FPGA芯片产生的数字PWM信号精度提高一个数量级，使得基于中低成本的FPGA也能实现仪器级别的高精度可编程直流或交流电源的应用。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，更具体地，涉及一种基于FPGAField-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号生成方法。

背景技术

早期的PWM信号生成一般采用硬件模拟电路方式实现，存在电子元器件老化、控制方式修改不方便的缺点。随着处理器芯片的发展，越来越多芯片支持PWM信号输出，部分单片机、DSP，譬如TI的C2000系列部分DSP支持可达150ps精度级别的高精度PWM信号生成。不过由于处理器芯片的串行工作模式限制了其在一些高性能、高实时性要求的场合的应用。譬如ALTERA公司的低成本FPGA——Cyclone系列，具有很高的性价比，已大量应用在变频器、逆变器中。用FPGA产生PWM信号时，脉宽精度受限于芯片的工作时钟。此类FPGA一般内部工作时钟不超过200MHz，逻辑复杂、内部资源占用较多时时钟频率会进一步下降；工作在100MHz时，所产生的PWM信号的精度只能达到10ns级别。这样的精度对于高精度仪器设备、或者在直流母线电压很高而输出电压较低的情况下，就不能满足精度要求了。针对这个问题，现有一些昂贵的高级FPGA芯片能达到工作时钟频率600-700MHz，可以产生满足高精度要求的PWM信号；另有一种方案是另外添加一片带HRPWM输出的DSP来专门产生高精度PWM信号；这都将带来成本的增加。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于FPGA的PWM信号生成方法，其目的在于在不增加成本的情况下，提高将FPGA产生的数字PWM信号精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于FPGA的PWM信号生成方法，利用PFGA内部锁相环的移相功能产生n个同频的辅助时钟信号，采用这n个辅助时钟信号产生n个数字载波，利用这n个数字载波生成PWM信号；其中n为不小于2的自然数。

优选地，上述基于FPGA的PWM信号生成方法，具体包括如下步骤：

(1)利用PFGA芯片内部锁相环对FPGA芯片工作时钟进行移相处理，产生n个同频的辅助时钟信号；

(2)利用上述n个辅助时钟信号分别建立n个用于生成PWM信号的数字载波信号；

(3)将调制波与这n个数字角载波进行比较，判断出PWM跳变点，得到PWM信号。

优选地，上述基于FPGA的PWM信号生成方法，步骤(1)中，通过移相处理使相邻两个辅助时钟信号之间间隔时间为T/n；其中，T是FPGA芯片的工作时钟周期。

优选地，上述基于FPGA的PWM信号生成方法，判断PWM跳变点，得到PWM信号的方法，包括如下子步骤：

(3.1)待载波下降，依次判断在同频时钟信号1至n的上升沿时刻调制波是否大于载波，如果是，则输出的PWM跳变为高，等待载波上升，并进入步骤(3.2)；如果否，则继续依次判断在时钟同频时钟信号1至n的上升沿时刻调制波是否大于载波；