频谱仪数字中频处理模块逻辑设计与实现

作     者：刘玥玥 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王志刚

授予年度：2011年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：频谱分析仪 数字下变频 分辨率带宽 视频检波 PCI-E接口 

摘      要：随着软件无线电技术和数字信号处理相关器件的快速发展,频谱分析仪的中频处理模块逐渐从传统的模拟中频过渡到数字中频,由此形成的数字式频谱仪相较于模拟频谱仪,不仅测量精度更高,还具有测量速度快、更加实时等优势,有着广泛的应用前景。 本文主要阐述了一种数字式频谱仪中数字中频处理模块的逻辑设计与实现,该模块最重要的功能是获得频谱仪的可程控分辨率带宽、视频带宽以及实现视频检波功能。结合频谱仪工作特点及仪器的设计技术指标,文中采用全数字中频处理技术,提出了数字中频处理模块的设计方案。在中频处理模块中,首先采用数字下变频将中频信号移至零频,又在保证有效信号不失真的前提下,对高速率的数据进行抽取滤波处理,得到低速率基带信号,在此基础上完成后续的滤波、检波等信号处理,提取所需的频谱信息,实现整个频谱仪的频谱测量功能。 所设计的处理模块以中心频率21.4MHz、采样率100MSPS的中频信号作为输入信号,需要实现1KHz-3MHz分辨率带宽范围,以及四种常用的视频检波方式。根据本处理模块的功能特点,选用了现场可编程门阵列（FPGA）器件、通用数字信号处理器（DSP）器件和PCI-E接口专用芯片,分别用于实现中频信号处理、中频模块控制和模块与上位机通信的功能。其中,中频信号处理是数字中频的核心功能实现部分,它包含了数字下变频、视频滤波和视频检波三个部分,由于下变频中含有多组滤波器,需要进行大量的数字运算处理,故FPGA器件特意选用了DSP48A资源较丰富的型号芯片,采用了IPCORE植入的方法进行设计,满足高速信号处理的时序要求,且节省LUTs资源以便于完成其他相关的逻辑设计。实验结果表明,本数字中频处理模块工作正常,满足了设计指标要求。