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一種通用中頻數字化接收機的實(shí)現

作者: 時(shí)間:2009-07-15 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

設輸入模擬中頻信號為:

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/188825.htm


本地數字振蕩器(NCO)產(chǎn)生的正交信號為:cos(ωcn)和sin(ωcn),與中頻信號在混頻器相乘后得:


通過(guò)低通濾波器濾除倍頻分量后,可以得到有用的正交I,Q信號:


由于信號的采樣頻率較高,也就是上式的I(n),Q(n)速率很高,一般遠大于窄帶信號的帶寬,這時(shí)可對其進(jìn)行速率轉換(抽取),以降低此時(shí)的輸出數據率。不過(guò),抽取后的數據率應不小于信號帶寬。在此之前,需經(jīng)抗混疊濾波器濾波,以保證信號可靠完整地恢復。
圖1中的中頻信號是中頻帶限信號,如果此時(shí)中頻信號的中心頻率較低,可取高采樣時(shí)鐘過(guò)采樣,依Nyquist采樣定理,取采樣率fs>2fH采樣(fH為信號的高端),能夠不混疊地恢復原信號。如果此時(shí)中頻信號的中心頻率較高,采樣率與信號中心頻率的關(guān)系不滿(mǎn)足Nyquist采樣定理條件,這時(shí)考慮是否滿(mǎn)足帶通信號的采樣定理。這個(gè)定理是中頻信號采樣的理論依據,而Nyquist采樣定理是帶通信號采樣定理的特例。帶通采樣定理:如果一個(gè)中心頻率為fo頻率帶限信號,其頻率限制在(fL,fH)內。
fo=(fL+fH)/2,當采樣時(shí)鐘fs與fo滿(mǎn)足關(guān)系:


式中:n取能滿(mǎn)足fs≥2B的最大正整數,B=fH-fL,則用fs進(jìn)行等間隔采樣,所得到的信號采樣值能準確地確定原信號。
滿(mǎn)足式(1)的中心頻率為fo的信號經(jīng)采樣時(shí)鐘fs采樣后,f(t) 展開(kāi)項中 cos(2 πfon/fs) 與sin(2πfon/fs)交替取值為零,當它們不為零時(shí),取±1??山惶娴玫絀,Q樣值,不過(guò)這時(shí)的I,Q值已是經(jīng)二分之一抽取,時(shí)域相差半個(gè)采樣點(diǎn),這時(shí)的I,Q值要在時(shí)間上對齊,符號修正,這樣就很方便地實(shí)現了下變頻。之后,只要將處理后的數據經(jīng)數字濾波器濾波,按合適的抽取因子抽取就可得到所需的I,Q值。這種方法特別適合用FPGA設計的數字下變頻器,不需要NCO,節省了設計數字混頻器的邏輯資源,而且早期的商用數字下變頻器件也是這種數字混頻器,要求fo,fs滿(mǎn)足式(1)的關(guān)系,如HARIS公司(現為Intersil公司)的HSP43216。
當信號中心頻率fo較高,即是高中頻信號時(shí),用fs對信號采樣屬欠采樣。當然fo,fs不一定嚴格滿(mǎn)足式(1)的關(guān)系。fo,fs選用的總原則是從頻譜上分析,采樣后的信號經(jīng)混頻、濾波和適當抽取后,基帶頻譜沒(méi)有混疊。本設計只是構建一個(gè)通用平臺,以下的設計用采樣率80 MSPS時(shí)鐘采樣,中頻信號為中心頻率10 MHz,帶寬2 MHz,最后輸出數據率2.5 MSPS。采樣率和信號的最高頻率滿(mǎn)足過(guò)采樣關(guān)系。


2 器件選用及參數設計
設計中的主要器件:模數轉換器和數字下變頻器分別選用AD公司的AD6645和Intersil公司的ISL5416,這兩款器件都是具有較高性?xún)r(jià)比的器件。AD6645是高速、高性能的模數轉換器,具有14 b,105 MSPS采樣率。該芯片是目前用于直接中頻采樣的性能較好的一款芯片,片內包括采保和參考時(shí)鐘,提供CMOS兼容的輸出,輸入信號帶寬可到270 MHz。
AD6645的采樣時(shí)鐘要求質(zhì)量高且相位噪聲低,如果時(shí)鐘信號抖動(dòng)大,信噪比容易惡化,很難保證精度。為了優(yōu)化性能,AD6645的采樣時(shí)鐘采用差分形式。時(shí)鐘信號可通過(guò)一個(gè)變壓器或ECL的差分芯片交流耦合到A/D的時(shí)鐘輸入引腳。
數字下變頻器ISL5416是四通道寬帶可編程下變頻器,專(zhuān)為大動(dòng)態(tài)范圍應用而設計,輸人數據率最高可達95 MSPS,片內包含數控振蕩器(NCO)、數字混頻器(Mixer)、數字濾波器(CIC和FIR)、自動(dòng)增益控制AGC和重采樣濾波器等。四個(gè)并行16 b定點(diǎn)或17 b浮點(diǎn)輸入通道,NCO控制字是32 b可編程的、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍SFDR>110 dB。數字濾波器包括可編程級聯(lián)的CIC濾波器,兩個(gè)可編程的FIR濾波器級聯(lián),第一個(gè)FIR濾波器為32階,第二個(gè)FIR濾波器是64階,每個(gè)數字濾波器后接一個(gè)可編程抽取計數器,整個(gè)器件的總抽取比可從1~4 096。數字AGC增益范圍可達96 dB,,內部數據通道是20 b寬度。



關(guān)鍵詞: 中頻數字化 接收機

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