基于FPGA的宽带数字接收机变带宽数字下变频器设计

2010-09-08 20:04:51来源: 维库开发网 关键字:FPGA  宽带

      摘  要: 基于FPGA芯片Stratix II EP2S60F672C4设计了一个适用于宽带数字接收机的带宽可变的数字下变频器(VB-DDC)。该VB-DDC结合传统数字下变频结构与多相滤波结构的优点,实现了对输入中频信号的高效高速处理,同时可以在较大范围内对信号处理带宽灵活配置。硬件调试结果验证了本设计的有效性。

      变带宽数字下变频器(VB-DDC)可以对多种带宽的输入信号进行处理,因此在雷达、通信、电子侦察等领域有广泛应用。商用数字下变频器,如INTERSIL公司单通道DDC HSP50214B,虽然可以实现处理带宽可变,但是其最高输入数据采样率只有65 MHz[1],而且由于其采用多级级联积分梳状滤波器(CIC)的传统下变频结构,处理带宽不超过1 MHz,不适合作为宽带数字接收机的数字下变频器。基于多相滤波结构的宽带DDC可以处理宽带信号,但是处理带宽一般固定,而且当需要处理信号的带宽很窄时,因为抽取因子变大,所需乘法器数目增多,因乘法器的工作频率降低,所以其资源利用率很低。

      本文基于Altera公司的Stratix II EP2S60F672C4设计的VB-DDC,结合传统数字下变频结构与多相滤波结构的优点,实现了对输入中频信号的高效高速处理,同时可以在较大范围内对信号处理带宽进行灵活配置。当A/D输出中频信号采样率为100 MS/s时,本文设计的这种VB-DDC信号处理带宽可在40 MHz~8 kHz的范围内灵活配置,输出基带信号数据率可在50 MS/s~112 kS/s的范围内变化。

      1 系统结构

      本文设计的VB-DDC用于如图1所示的宽带数字接收机中频处理系统中,该系统硬件主要由1片FPGA(Altera公司Stratix II 系列的EP2S60F672C4)、AD公司的宽带A/D转换器AD*5(14 Bit,最高采样率达105 MS/s)[2],以及TI公司的达芬奇系列数字信号处理器TMS320DM6437组成。

      系统数据流程如图1所示,A/D采样的中频模拟信号输出至FPGA,FPGA中的VB-DDC将中频信号下变频至基带,再通过McBSP接口将基带信号传给DSP进行解调、功率谱估计等数字信号处理,最后DSP再将结果通过以太网送至上位机PC进行显示。同时,VB-DDC可通过McBSP接口接收上位机PC传来的配置参数,实现DD动态配置。

      本文主要讨论该系统中的FPGA部分,其内部各模块框图如图2所示。

      2 窄带滤波器组模块

      窄带滤波器组模块基于传统数字下变频结构,其内部框图如图3所示。为了实现滤波器组处理带宽可变,HB及FIR滤波器的滤波器系数均可变,并且CIC滤波器的抽取因子可以在2~32范围内灵活选择,FIR滤波器输出后也可选择直接输出至下级或者2倍抽取后输出至下级。这样窄带滤波器组总的抽取因子可在4~128范围内变化,即可根据信号处理带宽使输出数据率在25 MS/s~0.781 25 MS/s之间灵活改变,实现窄带VB-DDC的功能。

      3 多相滤波结构的宽带滤波器

      在本设计中,当信号带宽大于1 MHz时,由宽带滤波器处理。AD采样率100 MS/s时,设计宽带滤波器:通带0.5 MHz,阻带起始频率1.8 MHz,通带波纹0.1 dB,阻带抑制比为84 dB,调用MATLAB中函数firpm设计滤波器,计算所需的滤波器阶数为266。

      为了实现266阶的FIR滤波器,采用基于多相滤波的乘法器时分复用结构。多相因子取38,抽取因子取7。

[1] [2] [3]

关键字:FPGA  宽带

编辑:金子 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2010/0908/article_1264.html
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