FPGA实现的高速数字下变频技术在频谱仪中的应用

"这篇硕士学位论文主要探讨了基于FPGA的数字下变频器(DDC)在频谱仪中的设计，作者为张锡权，由李玉柏和董万明指导，发表于2009年。论文指出，随着软件无线电技术的发展，DDC作为核心组成部分在无线通信和电子测量仪器中广泛应用。文中详细介绍了DDC的基本理论、结构以及关键算法，如数字正交变换、CORDIC算法、CIC滤波器、HB滤波器和多相滤波。此外，还讨论了FPGA（如Xilinx Spartan3A-DSP）在实现高速、宽处理带宽DDC中的作用，设计并实现了NCO、复数混频器、CIC滤波器、HB滤波器和FIR滤波器等模块，并对比了不同实现方式的优缺点。最后，论文阐述了所设计DDC在手持频谱分析仪中的具体应用和意义，指出该设计能提高系统集成度，降低成本和功耗。关键词包括数字下变频、FPGA、频谱分析仪、积分梳状滤波、半带滤波和多相滤波。" 本文详细研究了基于FPGA的数字下变频器(DDC)设计，这是软件无线电技术在频谱分析仪中的一个重要应用。软件无线电通过将信号处理功能移到数字域，可以实现灵活的频率转换和信号处理，降低了硬件复杂性。论文首先介绍了DDC的基本概念，包括其在接收机中的作用，以及其主要组成部分，如数字正交变换，用于将输入信号转换为I和Q两路信号；CORDIC算法，一种高效计算复数乘法和反正切的算法；CIC滤波器，用于降采样和消除混叠；HB滤波器，即半带滤波器，用于进一步信号滤波；以及多相滤波器，通常用于实现可编程的FIR滤波。 作者特别强调了FPGA在实现高速、宽处理带宽DDC中的优势。FPGA具有丰富的DSP资源，能够快速高效地执行数字信号处理任务，如Xilinx Spartan3A-DSP系列，适合构建高性能的数字前端。论文详细描述了如何在FPGA上实现NCO（数控振荡器）来生成所需的本地载波，复数数字混频器用于将中频信号下变频，以及多级CIC和HB滤波器进行滤波和降采样。 此外，作者还进行了模块级别的设计比较和仿真测试，探讨了不同设计方案的性能和实现效率。这些对比分析对于优化DDC设计和提高系统性能至关重要。最后，论文指出，将DDC集成到FPGA中可以提高手持频谱分析仪的集成度，降低成本，同时减少功耗，满足现代无线通信和电子测量设备的需求。 这篇论文提供了关于FPGA实现DDC的深入见解，为设计高速、高性能的频谱分析仪提供了理论基础和技术指导。