数字变频的FPGA实现

低通滤波器的实现：

数字下变频器的最后一个模块是低通FIR滤波器，主要用来对信号进行整形滤波，消除信号中存在的噪声。本设计采用并行结构的FIR滤波器，由2个8阶滤波器级联实现16阶的滤波器，由预相加模块、查找表模块和移位相加模块组成，结构图如图3、4所示。

图3 16阶FIR滤波器的级联结构图

图4 FIR滤波器子模块结构图

图5 16阶FIR滤波器响应曲线图

图6 DDC实现的结构图

这种结构的滤波器结构简单、易于实现，很容易扩展成高阶滤波器。首先通过MATLAB中的Fir DesignTool工具得到滤波器的系数图表(表1)。利用线性FIR滤波器抽头系数的对称性，通过加法器将对称的系数进行预相加，从而降低硬件规模。根据分布式算法原理，通过将抽头系数的所有可能组合固化在ROM中，利用查找表来代替乘法器。利用预相加模块产生的地址来查找ROM表，并将相应的数值进行移位相加，从而得出正确的结果。

表1 16阶FIR滤波器系数

DDC系统的实现

整个系统在Cyclone系列芯片EP1C6Q240C8上实现，其FPGA综合结果图7所示。

图7 DDC系统的Quartus综合结果

图8 系统时序测试结果

时序测试图(图8)中，黄色为系统时钟波形，绿色为NCO产生的正弦波时序波形，蓝色为抽取滤波器输出的时序波形，粉红色为FIR滤波器输出时序波形。从示波器显示的时序图可以看出抽取滤波器输出波形的延时最大，大约为14ns左右，这和软件仿真的结果比较吻合，仿真中抽取滤波器输出的延时为16.47ns。故抽取滤波器是制约系统时钟速率提高的关键因素。

结语

本文介绍了一种应用于数字化中频频谱分析仪的数字下变频电路，整个电路基于FPGA实现，结构简单，易于编程实现。