入力インピーダンス 50Ω の、デジタル表示される周期方形パルス信号パラメータ測定器を設計および製造します。同時に、テスタの付加機能として標準的な方形パルス信号発生器を設計・製作します。具体的な要件は次のとおりです。
(1) パルス信号の周波数を測定します。周波数範囲は 10Hz ～ 2MHz、測定誤差の絶対値は 0.1% 以下です。
(2) パルス信号のデューティ比 D を測定します。測定範囲は 10% ～ 90%、測定誤差の絶対値は 2% 以下です。
(3) パルス信号の振幅を測定します。振幅範囲は 0.1 ～ 10 V、測定誤差の絶対値は 2% 以下です。
(4) パルス信号の立ち上がり時間を測定します。測定範囲は 50.0 ～ 999ns、測定誤差の絶対値は 5% 以下です。
(5) 以下を必要とする標準的な方形パルス信号発生器を提供します。
a) 周波数は 1MHz で、誤差の絶対値は 0.1% 以下です。
b) パルス幅は 100ns で、誤差の絶対値は 1% 以下です。
c) 振幅は 5±0.1V (負荷抵抗は 50)。
d) 立ち上がり時間は 30ns 以下、オーバーシュートは 5% 以下です。
全体的なトピックを見ると、この種の精度要件は他のプラットフォームでは達成できないため、fpga でしか実現できないことは明らかです。そのため、EDA テクノロジーを使用する必要があります。
1) 周波数測定は非常に古典的な問題であり、電子ゲームにも周波数計が単独で登場していますが、周波数測定には主に直接法、等周期法、等精度の 3 つの方法がありますが、詳しくは後述します。
2) デューティ サイクルを測定します。デューティ サイクルは周波数計の問題から導き出されます。デューティ サイクル = 高レベル時間 / (高レベル時間 + 低レベル時間)。
3) 振幅測定も非常に一般的な問題ですが、振幅スパンが 0.1v から 10v と大きすぎるため、信号調整が必要になることが問題です。
4) 立ち上がり時間を測定する 数学と電気の教科書では、方形波の立ち上がり時間は、方形波の振幅が 10% から 90% になるまでの時間を立ち上がり時間と定義しています。コンパレータを作ろうと考えていますが、閾値は振幅の10％と90％で、比較後のハイレベル時間が方形波の立ち上がり時間となり、方形波のハイレベル時間を測定すると戻ります。 2番目の質問へ。
この質問の難しさは、fpga コードではなく、外部アナログ回路にあります。