1 导言
在水下通讯体系中，低功耗的声信号发射电路规划对体系的效果间隔远近及其精确度起着关键性的效果。介绍了一种使用CPLD操控的波形存储办法，能够完结频分和码分两种复用办法下的声信号发射。经过屡次试验验证，该体系具有可行性。此外，在规划CPLD逻辑电路时，选用了Xilinx公司供给的Xilinx ISE6．2开发体系软件，运用Model Tech公司的Modelsim对规划进行功用仿真。
2 器材介绍
2．1 XC2C128简介
Xilinx公司推出的CoolRunner-II系列中的XC2C128-7V0100。该器材选用第二代快速零功率（FZP）技能，以便在尽可能低的功耗情况下供给最佳的功用，如：选用1．8 V的内核电压，可供给300 MHz的功用，且耗功小于100μA。别的，该器材还具有体积小，价格低和安稳度高档长处，契合信号发射体系要求。XC2C128包括了16个内部互联功用块（AIM），每个AIM能为功用块供给40个输入，每个功用块包括16个宏单元，这些宏单元一起包括很多的装备寄存器。别的，这些寄存器能被大局预置和复位，也可被提早设置成D或T触发器，有多种时钟信号，分别为大局或部由路服务。例如在同步时。可一起使用3个不同的时钟信号。
XC2C128的首要特性如下：
选用1．5 V、1．8 V、2．5 V、3 V、3.3 V等电源供电，内部有两个BANK，因而答应选用不同电压供电而无需电压转化器；
1．8 V供电时，静态电流可低至25μA；
选用RealDigital CPLD技能和先进的低功耗高速可编程逻辑技能，静态功耗可低至33μW；
带有输入滞回和可编程地（GND），进步了高速I／O信号完整性；
带有多种LVCMOS、HSTL和SSTLI/O，其灵敏的I/O可支撑多种器材接口；
选用通用的JTAG接口；
片延时仅5 ns；
带有双边际触发器，因而速度更快；
具有4级规划保密功用。
规划CPLD逻辑电路时，选用Xilinx公司供给的XilinxISE6．2开发体系软件。ISE是集成归纳环境的简称，是XilinxFPGA／CPLD的归纳性集成规划渠道，该渠道集成了从规划输入、政策、逻辑归纳、布局布线与完结、时序剖析、器材下载与装备、功率剖析等简直一切规划流程所需的东西，加快了CPLD规划开发进程。CPLD逻辑电路选用VHDL输入办法规划，具有很强的可读性和可移植性，便于后续修正。完结电路规划后，运用Model Tech公司的ModlelSim对规划进行功用仿真，验证电路功用是否契合规划要求。图1给出CPLD电路衔接原理。
2．2 波形存储器
波形存储器首要用来寄存预先生成的抽样波形数据。这儿选用SGS-THOMSON公司出产的M27C64A。因为该器材是一种低电压、低功耗的8x8K EEPROM；编程电压为12．5 V，具有高速编程的特色，特别适应于电池供电体系。图2给出其电路衔接原理。
3 体系设置
3．1 硬件电路规划
图3给出一个信号发射电路的全体框图。在CPLD规划中，分频电路的输出频率作为地址发生器的时钟。可是，考虑到地址发生器的时钟要和预存的波形数据采样频率相共同，而波形存储器的存储容量有限，当采样频率为500kHz时，采样的波形数据量较适宜，因而需求规划16分频电路，该分频电路对频率为8 MHz的晶体振荡器分频。一起，根据波形存储器地址端引脚个数，规划了13位的地址发生器。由此，根据CPLD的规划流程，在ISE6．2中完结16分频电路、13位地址发生器电路的规划，并发生同步脉冲信号和信号发射电路中各个器材的操控信号。
因为发射的信号是模拟信号，而波形存储电路输出的波形数据是数字信号，这样就不可避免地要进行数字信号到模拟信号的转化，D／A转化电路便是完结该功用的电路。信号发射电路D／A转化器挑选的是由ADI公司出产的AD5330。该器材是一款带有微处理器、小体积、可与SPI直接衔接的8 bit电压输出型低功耗D／A转化器，选用双缓冲结构，输出锁存，适合于电池供电体系；当电源电压为3 V时，作业电流为115μA，关断电流为80 nA；当电源电压为5 V时，作业电流为140μA，关断电流为200 nA。
一起，为了满意发射体系对效果间隔的要求，就需求选用功率放大电路来保证发射换能器能够得到满意的发射功率；而匹配电路则能够使信号发射电路输出具有更好的频率特性，进步发射功率。因而，功放及匹配电路是信号发射电路中必不可少的一部分。
3．2 软件规划
波形存储器中的波形数据因为MATLAB仿真。MTLAB能够便利、便利地生成波形数据，并且可根据需求便利地调整信号频率、周期、脉宽等参数；一起，生成的声发射信号具有失真度小，共同性好的长处。此外，MATLAB作为一种科学与工程核算的高档言语，还具有编程便利，语法简略等许多长处。因而，声信号能够经过MATLAB软件的仿真发生。可是，因为发生的波形数据较多，直接用手艺录入数据存储器中不只费时且易犯错。为此经过C言语编程将发生的波形数据构成*．hex文件格局。然后将波形数据全体下载到数据存储器M27C64A中。
选用上述办法，波形数据生成简略，便利，数据的修正便利，无需改动硬件电路即可完结信号发射电路的功用扩展。MATLAB中发生信号波形数据的xinhao．m文件如下：
根据数据收集卡的传输速率及发射信号的频率，采样频率选fs为50 kHz，根据波形存储器容量设其为500 kHz，生成的波形数据寄存在xinhao．hex中。上段程序表明每隔17 ms发生一组正弦波，每组由20个7 kHz的正弦波组成，每20个波持续时刻为2．86 ms，图4所示为该程序发生的一组频率为7 kHz的发射信号。
4 试验成果
发射电路经变压器匹配后，衔接水声换能器，置于淡水中，由示波器调查在接纳端收到的信号。图5所示为选用声信号发射电路后，换能器在水中发射的信号（7 kHz）：其间横坐标为时刻，单位为ms；纵坐标为幅值，单位为mv，图5（b）是图5（a）横轴扩展后的波形，从示波器可看出信号每幅17ms呈现20个7 kHz的正弦波。
比照图4和图5可知，电路发生的信号与发射信号共同，均为脉冲发射，每一组脉冲为20个7 kHz的正弦波，信号脉宽为2．86 ms，因为声信号在水中的衰减，信号的起伏为800 mV。别的，该信号为单频信号，也能够经过MATLAB编程发生其他频率的声信号，完结频分复用形式下的信号发射，一起也能够经过编码完结ASK等办法下的声信号发射。
5 结语
提出了一种根据CPLD操控的低功耗信号发射电路，具有可扩展性和灵敏性。该体系能够使用于水中信号的发射（需求匹配换能器）和空气中信号的发射。选用提出的波形存储办法优化了信号发射电路，经过改动波形存储器类型或容量巨细，还能够对信号进行不同的复用办法，以满意不同情况下的需求。
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