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关于基于FPGA的波形发生器论文翻译的译文

FPGA 技术介绍

概述

场域可程式化闸阵列(FPGA) 技术正持续发展，而全世界FPGA 市场的产值，则预估可从2005 年的19 亿美金提升到2010 年的27 亿 5 千万美金。FPGA 是在1984 年由Xilinx 公司所发明，从简单的胶合逻辑(Glue logic) 晶片，演变为可取代客制的特定应用积体电路(ASIC) 与处理器，适用于讯号处理与控制应用。为何FPGA 技术如此成功？此篇文章将介绍FPGA，并说明数项让FPGA 如此独特的优点。

何谓FPGA？

最笼统来说，FPGAs 即为可再程式化的晶片。透过预先建立的逻辑区块与可程式化路由资源，不需更改面包板或焊锡部分，即可设定这些晶片以建置客制硬体功能。使用者可于软体中开发数位运算系统(Computing task) 并将之编译为组态档案或位元流(Bitstream)，可包含元件接线的相关资讯。此外，FPGA 完全为可重设性质，当使用者重新编译不同的电路设定时，可立刻拥有不同的特性。在过去，工程师必须深入了解数位硬体设计，才能够使用FPGA 技术。然而，高阶设计工具的新技术可针对图形化程式区或 C 程式码，转换为数位硬体电路，即变更了FPGA 程式设计的规则。

FPGA 整合了ASIC 与处理器架构系统的最佳部分，使FPGA 晶片可应用于所有产业。FPGA 具有硬体时脉的速度与可靠性，且其仅需少量即可进行作业；可降低客制化ASIC 设计的费用。可重新程式设计的晶片，具有与软体相同的弹性，却不受限于处理核心的数量。与处理器不同的是，FPGA 为实际的平行架构，因此不同的处理作业并不需要占用相同资源。每个独立的处理作业均将指派至专属的晶片区块，不需影响其他逻辑区块即可自动产生功能。因此，当新增其他处理作业时，应用某部分的效能亦不会受到影响。

FPGA 技术的5 大优点

效能–透过硬体的平行机制，FPGA 可突破依序执行(Sequential execution) 的固定运算，并于每时脉循环完成更多作业，以超越数位讯号处理器(DSP) 的计算功能。BDTI 为着名的分析公司，并于某些应用中使用DSP 解决方案，以计算FPGA 的处理效能2。于硬体层级控制I/O 可缩短回应时间并特定化某些功能，以更符合应用需求。

上市时间–针对上市时间而言，FPGA 技术具有弹性与快速原型制作的功能。使用者不需进行客制化ASIC 设计的冗长建构过程，即可于硬体中测试或验证某个观念3。并仅需数个小时即可建置其他变更作业，或替换FPGA 设计。现成的(COTS) 硬体亦可搭配使用不同种类的I/O，并连接至使用者设定的FPGA 晶片。高阶软体工具正不断提升其适用性，缩短了抽象层(Layer of abstraction) 的学习时间，并针对进阶控制与讯号处理使用IP cores (预先建立的函式)。

成本–客制化ASIC 设计的非重置研发(NRE) 费用，远远超过FPGA 架构硬体解决方案的费用。ASIC 的大型初始投资，可简单认列于OEM 每年所出货的数千组晶片，但是许多末端使用者更需要客制硬体功能，以用于开发过程中的数百组系统。而可程式化晶片的特性，即代表低成本的架构作业，或组装作业的长前置时间。由于系统需求随时在变化，因此若与ASIC 的庞大修改费用相较，FPGA 设计的成本实在微不足道。

可靠性–正如软体工具提供程式设计的环境，FPGA 电路亦为程式执行的「坚强」建置方式。处理器架构的系统往往具有多个抽象层，以协助多重处理程序之间的作业排程与资源分享。驱动层(Driver layer) 控制硬体资源，而作业系统则管理记忆体与处理器频宽。针对任何现有的处理器核心来说，每次仅可执行1 组指令码；而处理器架构的系统则可连续处理重要作业。FPGA 不需使用作业系统，并将产生问题的机会降至最低，以平行执行功能与专属精密硬体执行作业。

长期维护–如稍早所提，FPGA 晶片为即时升级(Field-upgradable) 特性，不需如ASIC 重新设计的时间与费用。举例来说，数位通讯协定的规格可随时间而改变，而ASIC 架构的介面却可能产生维护与向下相容的问题。FPGA 具有可重设性质，可随时因应未来的需要而进行修改。当产品或系统趋于成熟时，不需耗时重新设计或修改机板配置，即可提升相关功能。

信号发生器的介绍

概述

信号发生器，也称为任意测试信号发生器，函数发生器，音频发生器，任意波形发生器，数字模式发生器或频率发生器，是一种电子装置，产生重复或不重复的电子信号（在无论是模拟或数字域名）。他们通常是用于设计、测试、故障排除和修理电子或电装置。

有许多不同类型的信号发生器，具有不同用途和应用程序（并在不同程度

的代价），一般没有设备适用于一切可能的应用。传统上，信号发生器已经嵌入式硬件单位，但由于年龄的多媒体电脑，灵活，可编程软件基调发电机也已可用。

函数发生器

函数发生器是一种生产设备简单重复的波形。这种装置含有一个电子振荡器，电路，能够创造一个重复的波形。（现代设备可使用数字信号处理合成波形，然后数模转换器，产生模拟输出）。最常见的波形是一个正弦波和锯齿波，冲），三角波振荡器通常可以是任意波形发生器（AWGs）。如果上述振荡器运行的音频频率范围（20千赫），发电机将通常包括某种形式的调制功能，如调幅（上调），频率调制（调频），或相位调制（下调）以及第二振荡器，提供了一个音频频率调制波形。

任意波形发生器

任意波形发生器，或AWGs，是复杂的信号发生器，使用户能够生成任意波形，出版范围内的频率范围，准确性和产出水平。不同功能的发电机，这是仅限于一个简单的波形;一个特设工作组允许用户指定一个源波形在各种不同的方式。AWGs一般都较昂贵的发电机比功能，而且往往更非常有限的可用带宽，因此，它们通常只限于高端设计和测试应用。

特殊用途信号发生器

音频发生器和探头寻找特定线对之间的很多，例如，在一拳block.In除了上述一般用途的设备，有几个类别的信号发生器设计的具体应用。

音发电机和音频发生器

阿声发生器是一种信号发生器的优化用于音频和声学的应用。声调发电机通常包括正弦波的音频频率范围内（20赫兹，20赫兹）。先进的语气发电机也将包括扫发电机（一个函数的不同的输出频率超过范围，以使频域测量），多频发电机（这几个音调输出同时，并用来检查互调失真和其他非线性影响），和语调连发（用来衡量响应瞬态）。声调发电机通常被用来与音量米时，声学测量的一个房间或一个健全的生殖系统，和/或示波器或专门的音频分析仪。许多经营基调发电机在数字领域，生产输出的各种数字音频格式，如一个AES - 3，或输出。这种发电机可包括特别的信号，以刺激各种数字的影响和问题，如裁剪，抖动，比特错误;他们还经常提供的方式来操纵数据相关的数字音频格式。这个词合成用于设备，生成音频信号的音乐，或使用稍微更复杂的方法。