FPGA_ASIC-基于FPGA的正交数字混频器的设计与验证
基于FPGA的ASIC设计
基于FPGA的ASIC设计基于FPGA（现场可编程门阵列）的ASIC（应用特定集成电路）设计是一种常见的设计流程，用于快速验证和验证系统级功能和性能。
FPGA 允许工程师根据特定应用的需求来编程硬件，从而提高系统设计的灵活性和可重构性。
在本文中，我们将讨论基于FPGA的ASIC设计的过程以及其优点和挑战。
ASIC设计是一种定制化的设计，旨在完全适应特定应用的要求。
与通用处理器相比，ASIC设计可以提供更高的性能，更低的功耗和更小的面积。
然而，ASIC设计的开发成本和时间通常更高，制造过程也更加复杂。
为了降低设计风险和成本，工程师通常会选择在FPGA平台上验证ASIC设计。
基于FPGA的ASIC设计可分为两个主要阶段：验证和实施。
验证阶段旨在验证设计的功能和性能，并最小化设计错误的概率。
在验证阶段，工程师使用HDL（硬件描述语言）编写设计，并使用仿真工具进行功能和时序仿真。
设计经过全面测试后，可以将其加载到FPGA中进行验证。
实施阶段旨在将验证过的设计转化为ASIC所需的物理布局和电路。
在此阶段，设计需要进行综合和布局布线。
综合是将HDL代码转换为逻辑门级电路的过程。
布局则涉及将逻辑电路映射到硬件资源上，以及确定电路元素的位置。
布线是将电路中的逻辑连接物理化的过程。
基于FPGA的ASIC设计有几个显着的优点。
首先，FPGA可从验证开始，快速迭代验证设计，从而缩短设计周期。
其次，FPGA提供了一种更灵活的开发平台，可以在设计期间进行功能和性能调整。
此外，对于小型项目，FPGA还可以免去制造和测试ASIC的成本和风险。
最后，基于FPGA的ASIC设计还可以为设计团队提供更多的实践经验，为制造期间的问题做好准备。
然而，基于FPGA的ASIC设计也面临一些挑战。
首先，FPGA平台通常比ASIC平台更昂贵，因此对于大项目，可能会导致较高的开发成本。
其次，尽管FPGA可以快速验证和协助设计，但ASIC设计的实施过程可能会很复杂。
基于fpga分离混合正弦信号
基于FPGA分离混合正弦信号引言混合正弦信号是由多个正弦信号叠加而成的复合信号。
在实际应用中，我们常常需要将混合正弦信号分离出来，以便进一步进行处理或分析。
本文将介绍如何利用FPGA（现场可编程门阵列）技术来实现混合正弦信号的分离。
FPGA介绍FPGA是一种灵活可编程的集成电路芯片，具有可重构的硬件结构。
它可以根据特定的应用需求进行编程，实现各种不同的功能。
FPGA具有高度并行的计算能力和较低的延迟，非常适合在实时信号处理中应用。
FPGA在信号处理中的应用FPGA在信号处理领域具有广泛的应用。
其高度并行的计算能力和低延迟的特点使其成为实时信号处理的理想选择。
利用FPGA可以实现信号滤波、频谱分析、信号分离等功能。
混合正弦信号分离算法混合正弦信号分离是一个复杂的信号处理问题。
常用的方法包括基于频率域的算法和基于时域的算法。
在本文中，我们将介绍一种基于频率域的算法来实现混合正弦信号的分离。
步骤一：信号采集首先，我们需要对混合正弦信号进行采样，获取离散的信号数据。
采样频率需要满足奈奎斯特采样定理，以避免混叠现象的发生。
步骤二：傅里叶变换将采集到的信号数据进行傅里叶变换，将时域信号转换为频域信号。
傅里叶变换可以将信号分解为一系列正弦波的叠加，方便后续的信号处理。
步骤三：频谱分析对傅里叶变换得到的频域信号进行频谱分析，确定混合正弦信号的频率成分和幅度。
通过观察频谱图，可以初步判断混合正弦信号的数量和频率范围。
步骤四：信号分离根据频谱分析的结果，我们可以将混合正弦信号分离出来。
具体的方法包括滤波、频率域分解等。
在FPGA中，我们可以利用其并行计算的能力，快速高效地进行信号分离。
基于FPGA的混合正弦信号分离系统设计在本节中，我们将介绍一个基于FPGA的混合正弦信号分离系统的设计。
系统框图步骤一：信号采集模块信号采集模块负责对混合正弦信号进行采样，并将采样结果传递给FPGA进行处理。
采样模块需要满足一定的采样频率和精度要求。
FPGA_ASIC-一种基于FPGA实现的全数字锁相环
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基于FPGA的OFDM系统设计与实现_图文.
基于FPGA的OFDM系统设计与实现建立了一个基于FPGA的可实现流水化运行的OFDM系统的硬件平台，包括模拟前端、基于FPGA的OFDM调制器和OFDM 解调器。
重点给出了OFDM调制解调器的实现构架，对FPGA实现方法进行了详细的描述，介绍了系统调试方法，并对系统进行了性能评价。
近年来, 随着数字信号处理(DSP 和超大规模集成电路(VLSI 技术的发展, 正交频分复用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing技术的应用有了长足的进步和广阔的发展前景。
IEEE802.11a中就将正交频分复用作为物理层的传输技术；欧盟在数字音频广播(DAB、地面数字视频广播(DVB2T、高清晰度电视(HDTV以及2003年4月公布的无线城域网(WMAN802.16a等研究中都使用了正交频分复用技术作为信道的传输手段。
在正交频分复用技术逐渐成熟的今天, 如何降低通信系统的成本, 使之更广泛地应用于数传系统中, 已成为正交频分复用研究的热点。
本文基于802.16a协议的原理架构，本着小成本、高效率的设计思想，建立了一个基于FPGA的可实现流水化运行的 OFDM系统的硬件平台，包括模拟前端及OFDM调制器及OFDM 解调器，用来实现OFDM的远距离无线传输系统。
1 模拟前端模拟前端主要包括发送端DA模块、接收端AD模块和射频模块。
发送端DA模块主要由XILINX公司的FPGA－XC2V1000芯片和数模转换芯片AD9765、滤波器和放大器构成，基带处理调制后数据在控制时钟同步下送入FPGA 进行降峰均比等算法的处理，然后经过交织将其送入AD9765进行数模转换并上变频到70MHz，输出的模拟信号再经声表滤波器后放大进入下一级射频模块。
发送端DA模块硬件结构框图如图1所示。
接收端AD模块主要由增益放大器、带通滤波、采样芯片AD9238和数字下变频器GC1012构成。
基于FPGA的DDC(数字下变频)设计与实现
在早期的雷达收发系统中，都是采用模拟器件来实现各个功能模块，设计过程中经常会出现温度漂移、增益变化等问题.相对于模拟电路来说，数字电路具有可自检、可编程等优点,上面所述的系统很多部分都已经逐步数字化.在数字化进程中,数字信号处理技术的应用也受到了雷达系统研究工作者的重视,成为相关积累(如FFT、数字滤波、脉冲压缩等）、非相关积累（视频积累）、目标检测以及图像处理等功能的技术保证。随着数字信号处理理论的不断成熟和完善，微电子技术的飞速发展，雷达技术和其它的电子信息化技术的发展，尤其是软件无线电技术的兴起，更加方便了雷达数字化系统的实现。在这样的发展趋势下，除了微波发射和射频部分，整个雷达系统将全部由数字电路实现，在数字信号处理的优势能得到全面的发挥的同时，还使具有体制标准化、系统数字化，功能模块化，低功耗，高度开放性以及灵活性等性能,这将成为了现代雷达系统的关键技术和发展趋势［]。在现今的高科技发展的时代,人们纷纷打起的信息战和电子战,雷达系统在其中扮演的角色尤为重要。为了能更好的适应现代战争的需求，对现今的雷达系统也提出抗干扰、反隐形，具有高分辨力以及强大的自我生存等能力，高要求的提出，使得雷达信号处理技术的研究也得到了快速的进步.目前雷达信号处理正在由视频处理阶段向中频处理阶段迈进,目的就是实现雷达中频以下的处理全部数字化，研究热点.
微系统设计、测试与控制
课程大作业之
基于FPGA的DDC(数字下变频）的设计与仿真
基于FPGA的数字正交混频变换算法的实现,数字正交,实时处理.
基于FPGA的数字正交混频变换算法的实现，数字正交，实时处理，多相滤波，FPGA0引言传统的正交下变频是通过对模拟I、Q输出直接采样数字化来实现的，由于I、Q两路模拟乘法器、低通模拟器本身的不一致性、不稳定性，使I、Q通道很难达到一致，并且零漂比较大，长期稳定性不好，不能满足高性能电子战设备的要求。
为此，人们提出了对中频信号直接采样，经过混频来实现正交数字下变频的方案，这种下变频的方法可以实现很高精度的正交混频，能满足高镜频抑制的要求。
采用可编程器件FPGA对该算法流程进行实现，能满足0 引言传统的正交下变频是通过对模拟I、Q输出直接采样数字化来实现的，由于I、Q两路模拟乘法器、低通模拟器本身的不一致性、不稳定性，使I、Q通道很难达到一致，并且零漂比较大，长期稳定性不好，不能满足高性能电子战设备的要求。
为此，人们提出了对中频信号直接采样，经过混频来实现正交数字下变频的方案，这种下变频的方法可以实现很高精度的正交混频，能满足高镜频抑制的要求。
采用可编程器件FPGA对该算法流程进行实现，能满足在高采样率下的信号时实处理要求，在电子战领域中有着重要的意义。
1 数字正交混频变换原理所谓数字正交混频变换实际上就是先对模拟信号x(t)通过A／D采样数宁化后形成数字化序列x(n)，然后与2个正交本振序列cos(ω0n)和sin(ω0n)相乘，再通过数字低通滤波来实现，如图1所示。
为了能够详细地阐述该算法的FPGA实现流程，本文将用一个具体的设计实例，给出2种不同的实现方法(不同的FPGA内部模块结构)，比较其优劣，最后给出结论。
该设计是对输入信号为中频70 MHz，带宽20 MHz的线性调频信号做数字正交混频变换，本振频率为70 MHz(即图1中的2个本振序列分别为cos(2π70Mn)和sin(2π70Mn))，将其中频搬移到0 MHz，分成实部(real)和虚部(imag)2路信号。
然后对该2路信号做低通滤波，最后分别做1／8抽取输出。
基于FPGA的频谱仪设计
基于FPGA的频谱仪设计
刘轩;杜梦圆;陈适
【期刊名称】《计量与测试技术》
【年(卷),期】2010(037)012
【摘要】研究信号频谱在科研领域中具有重大意义,能直观深入地了解信号特征.采用Spartan-3E型FPGA设计一种简易的频谱分析仪.该系统主要包括信号采集、频谱搬移、数字混频、数字滤波、数字FFT和频谱观测.经测试,该系统能够分析信号带宽为(0～100)KHz,最低分辨率达到1Hz,将分析结果导入MATLAB后可观测到精确频谱.整个系统工作稳定,操作方便,且成本不高.
【总页数】3页(P27-28,30)
【作者】刘轩;杜梦圆;陈适
【作者单位】武汉理工大学信息工程学院,湖北,武汉,430070;武汉理工大学信息工程学院,湖北,武汉,430070;武汉理工大学信息工程学院,湖北,武汉,430070
【正文语种】中文
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fpga 数字双混频鉴相器原理
fpga 数字双混频鉴相器原理FPGA数字双混频鉴相器是一种用于频率变换和相位检测的电子器件，它能够将输入信号进行混频运算并输出相应的频率和相位信息。
这种器件采用了数字信号处理技术和可编程逻辑芯片（FPGA）的特点，能够实现高速、高精度和灵活的频率转换和相位测量，广泛应用于无线通信、雷达、电子对抗等领域。
FPGA数字双混频鉴相器的工作原理如下：1.输入信号混频首先，输入信号会经过两路混频器进行频率变换。
在混频器中，输入信号和本地振荡器（LO）的信号相乘，得到频率为输入信号频率加减本地振荡器频率的两个新信号。
通过选取合适的本地振荡器频率，可以将输入信号的频率转换到需要的频段。
2.信号数字化混频后的信号会经过模数转换器（ADC）进行数字化处理，将模拟信号转换成数字信号。
ADC的分辨率和采样率会影响器件的测量精度和速度，一般会选择高分辨率和高采样率的ADC进行信号数字化。
3.信号处理数字信号经过FPGA进行信号处理，包括滤波、频率测量和相位计算等操作。
滤波可以去除混频器产生的杂散信号和噪声，提高信号的质量。
频率测量可以通过对数字信号进行频谱分析和频率计算来获取输入信号的频率信息。
相位计算则是通过对混频后的信号进行相位检测来获取输入信号的相位信息。
4.输出结果经过处理后的信号会被输出到外部接口或者其他设备进行后续的应用。
输出结果可以包括频率、相位和其他相关信息，通常会通过数字接口传输给其他系统进行数据处理和显示。
FPGA数字双混频鉴相器的优点在于其灵活性和可编程性。
由于FPGA器件具有可编程的特点，可以根据应用需求进行灵活配置和优化，实现不同频率范围和精度的测量。
同时，数字信号处理技术可以实现对信号的高速处理和精确计算，提高了器件的性能和测量精度。
在无线通信系统中，FPGA数字双混频鉴相器可以用于频率合成和锁相环等功能。
通过对输入信号进行频率转换和相位测量，可以实现信号的频率跟踪和相位同步，提高了通信系统的稳定性和性能。
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基于FPGA的正交数字混频器的设计与验证摘 要：本文研究了用DDS加乘法器实现正交数字混频器的设计及其完整的验证方法,用DDS产生的正/余弦正交本振序列与模拟信号通过A/D采样数字化后的数字序列相乘,再通过数字低通滤波实现数字混频。
其中DDS采用正弦和余弦波形幅值存储功能依靠片内EAB 实现,省去了片外ROM,符合片上系统（SoC）的思想；用MATLAB软件增强QUARTUS的仿真功能,得到的仿真结果完整而且直观。
关键词：FPGA；NCO；DDS；MATLAB 中图分类号：TN773Design and Certification of Quadrature NCO Based on FPGA Abstrct: The paper mainly studies the design and certification of quadrature NCO realized by DDS and multiplication based on FPGA, sin and cos sequences are produced by DDS, and the two output sequences then multiplicate with the input digital sequence, after by LPF we can get the results of quadrature NCO. in which, the wave amplitude are stored in memory of on-chip EAB. The emulational function of QUARTUS are enganced by MATLAB, and the result is rounded and intuitionistic.Key Words: FPGA；NCO；DDS；MATLAB1 概述数字混频器是数字通讯中调制解调单元必不可少的部分，同时也是各种数字频率合成器和数字信号发生器的核心。
随着数字通信技术的发展，对传送数据的精度和速率要求越来越高。
如何得到可数字的高精度的高频载波信号是实现高速数字通信系统必须解决的问题，利用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）实现数字混频具有设计灵活、精确度高、频率高和稳定性好等优点，可以产生各种调制信号，广泛应用于通信、遥测、电子对抗和仪表工业等领域。
数字混频可采用CORDIC加累加器或DDS加乘法器实现,由于DDS加乘法器实现比较简捷因此得到普遍应用, DDS产生正/余弦正交本振序列与模拟信号通过A/D采样数字化后的数字序列相乘,再通过数字低通滤波实现数字混频。
2 DDS的实现2.1 DDS的原理与设计DDS的作用是产生正交的正弦和余弦样本。
正(余)弦样本可以用实时计算的方法产生，但这只适用于信号采样频率很低的情况。
在软件无线电超高速信号采样频率的情况下，用实时计算的方法实现比较困难。
此时，产生正弦波样本的最有效、最简便的方法就是查表法，即事先根据各个正弦波相位计算好相位的正弦值，并按相位角度作为地址存储该相位的正弦值数据，因此，DDS采用图1所示的顶层电路。
其基本功能包括：接收频率控制字FSW进行相位累加；以相位累加器的输出为地址，对存有正 (余) 弦幅度值的存储器进行寻址。
输出的离散幅度码即为DDS的输出结果，用查表法实现DDS的性能指标取决于查表的深度和宽度，即取决于表示相位数据的位数和表示正弦值数据的位数。
假设存储器有1024个波形数据,系统时钟频率FCLK为1.024MHZ,相位累加器字长N=10:当频率字FSW=1,在系统时钟作用下,相位累加器累加1024个系统时钟后溢出,即经过1024个系统时钟输出波形循环一周,系统输出频率FOUT=FCLK/1024=1KHZ。
当频率字FSW=2,相位累加器累加512个系统时钟后溢出,即经过512个系统时钟输出波形循环一周,系统输出频率FOUT=FCLK/512=2KHZ。
可见,输出频率FOUT与系统时钟频率FCLK关系为FOUT=FSW*FCLK/2N,从存储器中读出数据的过程是对存储器所存储波形的再次采样,一个周期查表的点数即为采样点数,根据奈奎斯特定理,每个周期至少采样2点才能重构波形,这样理论上最大输出频率FMAX=FCLK/2, 而最小输出频率FMIN=FCLK/2N,也是系统的频率分辨率。
根据上述原理, 系统输出频率FOUT只与频率字FSW, 系统时钟频率FCLK和相位累加器字长N有关, 当系统输出频率FOUT和相位累加器字长N固定时,通过改变频率字FSW可以方便地改变系统输出频率FOUT; 频率分辨率则只与系统时钟频率FCLK和相位累加器字长N有关。
图1 DDS的顶层电路因此，DDS的设计可分为两个功能模块：相位累加器模块和正 (余)弦幅值存储器模块。
两个模块的设计过程如下。
(1)相位累加器模块采用VHDL语言实现:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity jia isport( clk: in std_logic;freqin: in std_logic_vector(9 downto 0);fankui: inout std_logic_vector(9 downto 0);adder: inout std_logic_vector(9 downto 0);romadd: out std_logic_vector(9 downto 0));end entity jia;architecture behave of jia issignal temp:std_logic_vector(9 downto 0);beginprocess(clk)begintemp<=freqin;if clk'event and clk='1' thenadder<=temp+fankui;fankui<=adder;end if;romadd<=adder;end process;end architecture behave;(2)正 (余)弦幅值存储器模块采用两个ROM宏实现, 其所包含的ROM表为相位-幅度表,数据由MATLAB语言产生,并以.mif格式作为ROM宏的初始化文件。
2.2 DDS的仿真当FSW=1和512时,QUARTUS下简单的时序仿真结果分别如下图2所示:图2 FSW=1和512时,QUARTUS的时序仿真结果显然,QUARTUS简单的时序仿真难以简单直观的验证结果的正确性，普通用户一般并不会接触到大型专用仿真软件，最常用的还是MATLAB之类软件，下面就用MATLAB软件来增强QUARTUS的仿真功能。
将上述仿真后的波形输入文件另存为.TBL文件，并将最前面段英文要删除,最后一行删除后，用MATLAB分别读出FSW=1和FSW=512时的.TBL文件中相应的内容,得到仿真结果如图3。
%读取tbl文件clc;clear all;fid=fopen('fmin.tbl','r'); % ,'fmax.tbl's=fscanf(fid,'%s',1); % 文件读指针指向第一个字符i=1;N=3; % 输出的16进制数据位数while feof(fid)~=1s1=s(1,1:length(s)-1); % s1为时间字符，该字符最后一位为>，必须除去(即-1) time=str2num(s1); % 将CHAR转为NUMclk_temp=fscanf(fid,'%s',1); % 指向下一个符号equal=fscanf(fid,'%s',1); % 跳过一个符号，s指向"="test=mod(time,5); % 以5为周期对数据取样，剔除野值outputcos_temp=fscanf(fid,'%s',1); % fid指向输出第一个数据,COSoutputsin_temp=fscanf(fid,'%s',1); % fid指向输出第二个数据,SINif (equal== '=')&(test==0) % 剔除周期以外的野值，并确认数据之前为"="outputcos(i)=hex2dec(outputcos_temp(1,1:N)); % 将16进制数转为10进制数if outputcos(i)>=(2^(4*N-1)) % 负数补码转为10进制outputcos(i)=-(2^(4*N))+outputcos(i);endoutputsin(i)=hex2dec(outputsin_temp(1,1:N)); % 将16进制数转为10进制数if outputsin(i)>=(2^(4*N-1)) % 负数补码转为10进制outputsin(i)=-(2^(4*N))+outputsin(i);endtt(i)=time/1000; % t单位ns,转换为us.clk(i)=str2num(clk_temp);i=i+1;ends=fscanf(fid,'%s',1); % 指向下一行第一个符号endfclose(fid);figure(1);subplot(3,1,1),plot(clk);grid;subplot(3,1,2),plot(outputcos,'b');subplot(3,1,3),plot(outputsin,'g');grid;图3 用MATLAB读出.TBL文件的仿真结果(FSW分别为1和512时的系统时钟, 余弦和正弦波形)3 乘法器的实现用原理图法设计乘法器，可使用Altera 参数化模型库中的宏模块“lpm_mult”。
设计的12×12 位有符号二进制数乘法器的电路图。
将图1的产生的正/余弦正交本振序列分别与模拟信号通过A/D采样数字化后的数字序列相乘,再通过数字低通滤波即可实现数字混频。
4 结论本文创新点:利用VHDL语言完成了DDS加乘法器实现正交数字混频器的设计，用MATLAB 软件增强QUARTUS的仿真功能,得到的仿真结果完整直观,该方法可以解决用FPGA设计复杂模块时QUARTUS设计软件存在的仿真结果不完整需要多次在硬件上测试修改的问题，而且也不需要大型的仿真软件。