玲 藍(lán) 天 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：提出了一種基于fpga的數(shù)字式頻分多路遙測系統(tǒng)副載波解調(diào)器的設(shè)計方案。詳細(xì)論述了如何利用fpga的特點(diǎn)來解決多路調(diào)頻信號的解調(diào)問題。這種解調(diào)器容易和計算機(jī)相結(jié)合形成數(shù)字式fm-fm遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，以適應(yīng)現(xiàn)代遙測技術(shù)的發(fā)展需要。

     關(guān)鍵詞：fpga

     遙測 時分復(fù)用 解調(diào)器

     隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和微型計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)化已經(jīng)成為遙測技術(shù)發(fā)展的方向和特征。傳統(tǒng)的模擬式頻分多路遙測系統(tǒng)已越來越無法適應(yīng)現(xiàn)代遙測技術(shù)的發(fā)展。因?yàn)樗咭韵轮旅娜秉c(diǎn)：（1）解調(diào)輸出的模擬信號無法直接供計算機(jī)處理和分析；（2）系統(tǒng)參數(shù)一旦設(shè)定，就無法改變，系統(tǒng)靈活性差。為了克服以上缺點(diǎn)，有必要對模擬式頻分多路遙測系統(tǒng)進(jìn)行根本性的變革，研制新型的數(shù)字式頻分多路副載波解調(diào)器。

     幸運(yùn)的是，數(shù)字信號處理技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，為我們設(shè)計數(shù)字式頻分多路副載波解調(diào)器提供了新思路和新方法。近幾年來，現(xiàn)場可編程門陣列（fpga）因其具有集成度高、處理速度快以及執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)[1]，在數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用。本文所提及的數(shù)字式頻分多路副載波解調(diào)器就是利用fpga技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

     1 總體設(shè)計方案

     設(shè)計的數(shù)字式頻分多路遙測系統(tǒng)副載波解調(diào)器是itig-cbw-e標(biāo)準(zhǔn)的，即通道中心頻率分別為128、256、384、512、640和768khz，頻偏為32khz，調(diào)制信號頻率范圍為100hz～25khz。

     1.1 系統(tǒng)組成

     該數(shù)字式頻分多路副載波解調(diào)器應(yīng)用了數(shù)字信號處理技術(shù)和頻譜搬移的思想，先將模擬調(diào)頻信號數(shù)字化，再對其進(jìn)行數(shù)字式解調(diào)。解調(diào)后輸出的是數(shù)字信號，可以直接供數(shù)字化設(shè)備進(jìn)行存儲和分析。另外，也可將該數(shù)字信號進(jìn)行模擬重建，恢復(fù)出原始模擬信號。其組成框圖如圖1所示。

     由圖1可見，數(shù)字式頻分多路載波解調(diào)器主要由模擬前端、數(shù)字解調(diào)器和模擬重建部分第三部分構(gòu)成。其中，模擬前端包括acc電路、抗混迭濾波器及a/d變換器。

     模擬前端作為模擬部分和數(shù)字部分的接口電路，主要完成多路調(diào)頻信號的預(yù)處理和a/d變換。模擬重建部分包括d/a變換器和平滑濾波器。它將解調(diào)后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。并放大到所需電平。

     數(shù)字解調(diào)器是系統(tǒng)的核心。它由數(shù)字式分路濾波器、數(shù)字式鑒頻器以及數(shù)字式低通濾波器三部分構(gòu)成。它將完成多路調(diào)頻信號的分路濾波和解調(diào)任務(wù)。圖2給出了單路數(shù)字式解調(diào)器的數(shù)學(xué)模型。

     由圖2可以看出，我們并沒有采用數(shù)字式鎖相環(huán)，而是采用數(shù)字信號處理（dsp）算法來實(shí)現(xiàn)解調(diào)。這種方案更適合用fpga來實(shí)現(xiàn)。

     1.2 硬件電路設(shè)計

     為了便于調(diào)試，在進(jìn)行硬件電路設(shè)計時，將數(shù)字解調(diào)器、a/d及d/a三部分分別放在不同的電路板上，通過雙排插頭進(jìn)行連接。a/d變換器是依據(jù)數(shù)字解調(diào)器的采樣頻率和數(shù)據(jù)寬度進(jìn)行選擇的。因數(shù)字解調(diào)器的采樣頻率為2.56khz，數(shù)據(jù)位寬為8位，故選擇了易于調(diào)試的8位高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器tlc5510。d/a變換器選用了maxim公司的mx7545。而數(shù)字解調(diào)器選用了altera公司的flex10k系列器件。利用max+plusⅱ進(jìn)行硬件仿真時，單路數(shù)字解調(diào)器共需三塊flex10k50，且其利用率可達(dá)75%以上。若重復(fù)采用相同的方法進(jìn)行多路信號的解調(diào)，必須會使硬件資源成倍增加。顯然，這是不經(jīng)濟(jì)和不可行的。因此，如何在不增加或少增加系統(tǒng)硬件規(guī)模的前提下，完成對多路信號的解調(diào)，則成為設(shè)計過程中要著重解決的關(guān)鍵問題。

     2 關(guān)鍵技術(shù)

     為了在盡可能節(jié)省系統(tǒng)資源的前提下，完成多路信號的解調(diào)任務(wù)，采用了時分復(fù)用的方法。利用fpga實(shí)現(xiàn)數(shù)字式解調(diào)器，具備了時分復(fù)用的條件。

     一方面，采用的fpga其處理數(shù)據(jù)的速度可達(dá)100msps，而本系統(tǒng)采樣率為2.56mhz，即要求處理速度為2.56msps，所以從理論上說，利用它同時處理30路