FM中频数字化的FPGA实现

摘 要： 依照软件无线电数字化中频架构，采用音频采集芯片PCM1801、FPGA芯片X3S500E、数模转换器DA9654构建硬件平台，在此基础上实现了FM的中频数字调制。此外，通过对FPGA的配置，该平台还能实现其他方式的调制。与传统模拟调制相比，充分体现了软件无线电配置灵活、复用性高的优势。
关键词： 软件无线电；现场可编程门阵列；直接频率合成；调频

为了解决军事部门之间的通信问题，Joseph Mitola博士于1992年提出了“软件无线电”的概念[1]。其基本思想是以开放性、可扩展性、结构精简的硬件作为通用平台。把尽可能多的无线电功能用可重构、可升级的构件化软件实现[2]。
软件无线电的数字硬件系统作为软件的载体和核心，必须有高速度、高精度、实时的运算能力。目前主要有ASIC、FPGA、DSP作可选方案。
ASIC是硬连线结构处理单元，在固定的芯片上实现系统，其电路具有速度快和功耗低的优点；然而ASIC设计周期长、成本高、功能相对固化致使灵活性不够。DSP可通过编程实现功能的修改和升级，具有极大的灵活性；但DSP对所有信号的处理都是串行实现的，当面对并行处理需求时，效率较低。FPGA有底层硬件的现场可重构能力，比ASIC有更高的灵活性；而且可以构造多个并行处理单元，比DSP具有更高的并行运算效率。因此成为软件无线电首选方案。
1 系统实现
本文旨在采用FPGA实现中频数字化系统，并在系统上实现频率调制。系统包括AD、DA接口设计和调频算法的实现。ADC选用PCM1801；DA选用AD9762，调频由直接频率合成DDS(Direct Digital Synthesizer)算法实现[3]。
PCM1871音频ADC采样得到的串行数据，在AD IP Core中转化为并行，经调制后，再由DA IP核转化成DA所需要的数据格式并输出。全局时钟模块为AD、DDS、DA提供时钟，系统结构如图1所示。
图1中的结构有如下优势：通过配置不同的算法IP核，可以灵活实现多种调制；FPGA输出的是频率较低的数字中频，降低了对DA的带宽要求及高速数字信号传输带来的信号串扰；辅以不同的本振便能工作在不同频段下。充分体现了软件无线电的优势。

1.1 AD采样电路与驱动