一种实现中频数字下变频的ASIC系统技术方案

本发明专利技术提供一种实现中频数字下变频的ASIC系统，为高速高精度模数转换器ADC与数字信号处理器DSP之间的通信提供解决方案；包括数控振荡器、混频器、增益调整器、CIC滤波器、第一FIR滤波器、第二FIR滤波器，使数字下变频能够集成到专用芯片中，降低了资源消耗；使用的CORDIC算法实现数控振荡器，在不影响数据精度要求的情况下，利于结构的流水线设计，减少系统的时钟周期，达到高速高精度的效果，具有良好的时序和低功耗的优点。好的时序和低功耗的优点。好的时序和低功耗的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种实现中频数字下变频的ASIC系统


[0001]本专利技术涉及无线通信技术，特别涉及适用于雷达系统和地面数字电视广播的无线通信系统。

技术介绍

[0002]数字下变频器DDC是数字中频软件无线电接收机的关键部分。软件无线电发展迅速，对于带宽可变、精度可调等提出了更高的要求。
[0003]目前，数字下变频的实现方案主要有：
[0004]第一种方案是通用的数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)。基于DSP的数字下变频器，整个系统灵活简单，但由于大量的高速信号的处理需要在DSP中完成，出现了无法在其中完成正交和同相信号分量的任意倍抽取和对信号的整型滤波的问题；对于大量的高速信号的处理，需要多片DSP级联处理，将会增加成本。
[0005]第二种方案是使用现场可编程门阵列FPGA(Field
‑
ProgrammableGateArray)，实现数字下变频。虽然基于FPGA实现简单，但占用了大量乘法器硬件，面积代价大、消耗资源多。
[0006]第三种方案是利用专用集成电路设计ASIC(Application Specific Integrated Circuit)实现数字下变频的功能。该方案具有计算速度快和单片成本低等优点。
[0007]目前，数控振荡器中，相位振幅映射的实现方法主要有：
[0008]一种方法是查找表法，基于只读存储器(Read
‑
Only Memory，ROM)，具有结构简单、低频时运行速度快的优点，适用于低频时的NCO实现。但是预先存储大量的相位值一方面增大资源的消耗，另一方面速度上受到ROM读取的限制。
[0009]另一种方法是用坐标旋转数字计算法CORDIC来实现数控振荡器NCO的设计，可以通过简单的加减法和移位运算代替复杂的乘法运算，流水线操作在保证信号精度的同时大大提高了系统的吞吐率。

技术实现思路

[0010]本专利技术所要解决的技术问题是，针对使用FPGA厂商设计工具的IP核实现数字下变频的使用不灵活且消耗资源大的问题，提供一种通过设计专用集成电路ASIC来实现中频数字下变频的系统。
[0011]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种实现中频数字下变频的ASIC系统，包括数控振荡器、混频器、增益调整器、CIC滤波器、第一FIR滤波器、第二FIR滤波器；混频器的输入端接收数字中频信号，混频器的控制端与数控振荡器的输出端相连，混频器的输出端与CIC滤波器的输入端相连，CIC滤波器的输出端与第一FIR滤波器的输入端相连，第一FIR滤波器的输出端与第二FIR滤波器的输入端相连；CIC滤波器、第一FIR滤波器、第二FIR滤波器的控制端均与增益调整器的输出端相连；
[0012]数控振荡器用于根据频率控制字产生本地正交载波信号并输出至混频器。
[0013]正弦信号的相位序列为：
[0014]φ(n)＝2πf
o
nT
s n＝0,1,2,
…
[0015]式中，f
o
为两路本地正交载波信号所需的频率，n为离散信号对应的序列，T
s
为系统时钟周期，即
[0016]正弦信号的相位增量为：
[0017][0018]将相位增量量化后的结果称为频率控制字：
[0019][0020]phase_inc为频率控制字，f
o
为两路本地正交载波信号所需的频率，phase_depth为频率控制字位宽，f
s
为系统时钟采样率；根据频率控制字，可以确定正交载波信号的频率；中频数字信号的乘以正交载波频率，可得到基带数字信号；因此，根据中频数字信号的频率，选取合适的频率控制字来得到所需频率的本地正交载波信号。
[0021]混频器用于对输入的数字中频信号和本地正交载波信号进行混频，从而将中频数字信号变换至基带得到基带信号z
b
(t)，再将基带信号的两路正交分量输出至CIC滤波器；a(t)为中频数字信号的瞬时幅度，为中频数字信号的瞬时相位，为本地正交载波信号在瞬时相位对应的值，I(t)为基带信号的z
b
(t)同相分量，Q(t)为输出基带信号的正交分量，I(t)与Q(t)为相互正交的两路信号；
[0022]增益调整器用于对CIC滤波器、第一FIR滤波器、第二FIR滤波器进行增益调整，防止数据在计算过程中溢出；
[0023]CIC滤波器，用于对基带信号的两路正交分量进行阻带衰减和整数倍抽取后输出至第一FIR滤波器；
[0024]第一FIR滤波器，用于对接收的数据进行带内补偿和整数倍抽取后将数据并输出至第二FIR滤波器；
[0025]第二FIR滤波器，用于对接收的数据进行整形滤波和整数倍抽取，输出最终的零频信号。
[0026]进一步的，为了满足新一代技术对ADC更高速度更高精度的要求，需要DDC的发展水平紧随其后，通过使用CORDIC算法来实现数控振荡器的相位映射，达到频率动态可配、可控性高的目的。
[0027]本专利技术的有益效果是，系统实现中频数字下变频时资源消耗小且功耗低，兼容性好、可靠性高。
附图说明
[0028]图1为实施例的系统设计流程；
[0029]图2为实施例的系统示意图。
具体实施方式
[0030]如图1所示，实施例采用如下步骤进行系统设计：
[0031]S1、设计第一FIR滤波器和第二FIR滤波器；
[0032]根据基带带宽、阻带等要求，使用MATLAB的FDATOOL设计工具，设计第一FIR滤波器和第二FIR滤波器，并导出第一FIR滤波器和第二FIR滤波器的系数，将系数供给系统的第一FIR滤波器和第二FIR滤波器调用。
[0033]S2、根据频率控制字phase_inc产生本地正交载波信号；其中，频率控制字phase_inc的公式为：
[0034][0035]其中，f
o
为两路本地正交载波信号所需的频率，phase_depth为频率控制字位宽，f
s
为系统时钟采样率。本地正交载波信号的公式为
[0036]x
(n)
＝cosz
(0)
[0037]y
(n)
＝sinz
(0)
[0038]上述结果产生的两路正交载波信号，下发给混频器。
[0039]S3、对输入数据中频数字信号进行混频，从而将中频数字信号变换至基带；
[0040]中频数字信号为：
[0041][0042]乘以为混频结果z
b
(t)，即混频结果为：
[0043][0044]式中，a(t)为中频数字信号的瞬时幅度，为中频数字信号的瞬时相位，为本地正交载波信号在瞬时相位对应的值，I(t)为输出基带信号的同相分量，Q(t)为输出基带信号的正交分量，I(t)与Q(t)为相互正交的两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中频数字下变频的ASIC系统，其特征在于，包括数控振荡器、混频器、增益调整器、CIC滤波器、第一FIR滤波器、第二FIR滤波器；混频器的输入端接收数字中频信号，混频器的控制端与数控振荡器的输出端相连，混频器的输出端与CIC滤波器的输入端相连，CIC滤波器的输出端与第一FIR滤波器的输入端相连，第一FIR滤波器的输出端与第二FIR滤波器的输入端相连；CIC滤波器、第一FIR滤波器、第二FIR滤波器的控制端均与增益调整器的输出端相连；数控振荡器用于根据频率控制字产生本地正交载波信号并输出至混频器：phase_inc为频率控制字，f
o
为两路本地正交载波信号所需的频率，，phase_depth为频率控制字位宽，f
s
为系统时钟采样率；混频器用于对输入的数字中频信号和本地正交载波信号进行混频，从而将中频数字信号变换至基带得到基带信号z
b
(t)，再将基带信...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵怀宗，张兰丹，吴俊杰，潘晔，林静然，利强，孙国敏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：