FPGA实现的高效数字正交下变频器设计与分析

"基于FPGA的高效灵活性数字正交下变频器设计，用于数字接收机系统，将高速中频信号转化为基带信号，涉及软件无线电技术，主要包括数字混频器、数字振荡器NCO和抽取滤波器，其中CIC滤波器和FIR滤波器用于降低旁瓣电平，FPGA实现采用Altera的STRATIXII系列，经过硬件验证，具有良好的正交性和镜频抑制能力。" 本文介绍了一种基于Field Programmable Gate Array (FPGA) 设计的高效灵活性数字正交下变频器（DDC），该设备在数字接收机系统中扮演关键角色。DDC的主要任务是对模数转换器(ADC) 输出的高速中频信号进行下变频、抽取降速和低通滤波，以生成适于后续处理的基带信号。 数字下变频的核心技术是正交数字下变频法，由数字混频器、数字振荡器（Numerically Controlled Oscillator, NCO）和抽取滤波器构成。NCO负责生成所需的本地本振信号，而抽取滤波器则通过CIC滤波器和Finite Impulse Response (FIR) 滤波器实现，以对抗混叠效应并提供必要的频率选择性。由于单级CIC滤波器的性能限制，通常采用多级级联结构以提高滤波效果，例如文中采用的8级抽取结构CIC滤波器。 设计过程中，选择了Altera公司的STRATIXII系列FPGA作为硬件平台，并在STRATIXIIDSP开发板上进行硬件验证。具体参数如A/D采样率设定为120MS/s，系统输入时钟频率为120MHz，低通滤波器阶数为64阶，分解为奇偶两路各32阶。设计使用Verilog语言在QUARTUSII软件中完成，系统资源消耗较低，适用于多种雷达、电子侦察和通信系统。 为了验证系统的性能，使用嵌入式逻辑分析仪SignalTapII进行实时数据采集，并通过MATLAB分析I/Q两路输出信号的正交性。测试结果显示，系统在10MHz至40MHz的设计带宽范围内能有效执行下变频处理，具有良好的正交性，镜频抑制能力达到60dB，满足了大部分应用需求。 本文提出的基于FPGA的DDC设计方案不仅实现了高效灵活的数字下变频功能，还通过实际硬件验证证明了其在不同频点的稳定性能，为软件无线电领域的接收机系统提供了可靠的解决方案。