模塊化FPGA設計在某雷達接收機中的應用
3.3.2 數控振蕩器(NCO)
NCO產生兩路正交的正弦波信號(本振信號),其頻率和相位可控。
NCO的實現采用查表法,將正弦表預先存入ROM中,頻率積分后加上初始相位得到瞬時相位,作為正弦表地址數據輸入,ROM輸出為正弦幅度信號。由于受到FPGARAM容量的限制,相位到地址的轉換需要做截斷處理,同時只存儲了1/4周期+1個單元的正弦幅度信息,查表時根據正弦信號的周期性做調整。
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3.3.3 數字下變頻器和積分梳狀(CIC)抽取濾波器
數字下變頻功能由有符號整數乘法器實現。CIC抽取濾波器包括兩級,結構分別為2階和5階。CIC抽取濾波器傳遞函數和頻率響應分別為:
其中,n為階數,D為抽取比,fs為輸入數據速率。CIC抽取濾波器原理框圖如圖7(以2階CIC為例,5階類似):
CIC抽取濾波器由積分器、抽取器、梳狀器和比例器組成。單級積分器傳遞函數為由加法器和延遲寄存器實現;單級梳狀器傳遞函數為H(z)=1-z-1,由減法器和延遲寄存器實現;比例器放在最后,保證有效位數。圖8是CIC2積分梳狀抽取濾波器的頻率響應和其直流附近的放大,可以看出其單邊帶5 dB處的帶寬是符合設計要求的。
3.3.4 時序圖
信號處理模塊信號處理子通道處理時序如圖9所示,處理過程中采用了流水線技術。NCO輸出COS比FCW、PCW輸入滯后5個時鐘周期:下變頻數據輸出I比數據輸入DIN滯后5個時鐘周期。
3.3.5 通信控制模塊
通信控制模塊分為EMIF、UART、BUFFER和GPIO四個子模塊,其中GPIO子模塊負責FPGA與DSP之間狀態(tài)與控制信號的傳輸;EMIF子模塊負責FPGA與DSP之間的總線通信控制,將兩者之間的通信轉換到內部總線,分別連通UART子模塊和BUFFRE子模塊;UART子模塊負責外部串口設備與EMIF子模塊之間的雙向通信,BUFFRE子模塊負責信號處理模塊輸出數據與EMIF子模塊之間的緩沖通信。
4 結論
本方案充分利用軟件的處理能力和對FPGA模塊化設計的思想,提高了中頻數字接收機的靈活性,并使FPGA單元易于分塊編寫,易于分塊調試,易于修改?;谠?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/模塊化">模塊化FPGA的數字雷達接收機已調試成功,并已開始使用。
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