摘 要： 為了提高鐵路機(jī)車中移頻鍵控信號的測量精度，給出了一種利用FPGA和ARM處理器測量頻率的方法。該方法在FPGA中利用量化時鐘實(shí)時測量一組FSK信號周期長度，并將測量數(shù)據(jù)存儲在FPGA內(nèi)部設(shè)計(jì)的雙口RAM中。FPGA通過設(shè)計(jì)的串口模塊將測量數(shù)據(jù)送給ARM處理器，ARM處理器對產(chǎn)生測量誤差的主要原因進(jìn)行分析，并對上、下邊頻切換時產(chǎn)生的畸變數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，給出了時間間隔測量誤差的分析和補(bǔ)償方法。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)具有較好的抗擾動能力，能夠滿足一般工業(yè)現(xiàn)場測試速率和精度的要求。
關(guān)鍵詞： 移頻鍵控信號；載波頻率；調(diào)制頻率；畸變

　在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中，利用軌道電路移頻鍵控信號(FSK)判斷運(yùn)輸狀態(tài)，傳輸控制信號，不同的調(diào)制信號下的載波信號代表不同的控制指令，所以實(shí)時、精確地檢測軌道電路移頻信號對保證鐵路安全、快捷運(yùn)輸十分重要。采用頻譜分析法確定FSK信號參數(shù)時，F(xiàn)FT變換需要對信號進(jìn)行整周期采樣，而FSK信號既具有數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)，又具有非線性調(diào)制的特點(diǎn)，因此對所有信號進(jìn)行整周期采樣具有一定的難度[1]。采用高頻量化脈沖測量信號周期方法可以避免這一問題，只要量化時鐘和處理速度滿足要求，就可以獲得滿意效果。
　本文在FPGA中利用高頻時鐘對FSK信號進(jìn)行采樣，用ARM處理器對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對畸變數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，從而得到軌道電路FSK信號高頻載波及低頻調(diào)制信號測量參數(shù)。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　FSK信號是一種利用低頻信號調(diào)制載波信號后產(chǎn)生的正弦交流信號[2]，該信號主要由高頻載波f0和頻偏信號Δf形成的上邊頻fh、下邊頻fL組成，兩種載波頻率在每個調(diào)制信號fm周期內(nèi)呈交替變化。
若FSK信號可用周期信號S(t)表示，則FSK信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式[3-4]為：
　　
　其中，f0為FSK信號的中心頻率，?駐f為信號頻偏，T=1/fm為低頻調(diào)制信號周期。FSK信號如圖1所示，其中虛線為低頻調(diào)制信號，實(shí)線為載頻信號段，中部為上邊頻段，兩端為下邊頻段。

　FSK信號測量的主要參數(shù)包括載頻和頻偏形成的上邊頻、下邊頻信號和調(diào)制頻率三種物理量。在對FSK信號進(jìn)行參數(shù)測量時，首先將FSK信號經(jīng)過信號調(diào)理電路，利用高速開關(guān)管電路將正弦交流信號變換成方波信號；然后利用FPGA測量方波信號周期，并將測量數(shù)據(jù)通過串行接口發(fā)送給ARM處理器；ARM處理器接收到測量數(shù)據(jù)后，根據(jù)測量數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況計(jì)算載波和調(diào)制信號頻率。在FSK信號幅值測量時，經(jīng)過線性變換和限幅等處理，由高速16 bit A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ARM處理器獲取FSK信號頻率和幅值參量后，將計(jì)算結(jié)果送往LCD顯示。具體系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖2所示。