淺談DDC數(shù)字下變頻ASIC電路設(shè)計

呂繼平

（成都嘉納海威科技有限責(zé)任公司，四川　成都　610000）

淺談DDC數(shù)字下變頻ASIC電路設(shè)計

呂繼平

（成都嘉納海威科技有限責(zé)任公司，四川成都610000）

DDC（數(shù)字下變頻）是下調(diào)中頻信號，在雷達和通信和接收機中都有著廣泛的應(yīng)用。本文在DDC數(shù)字下變頻對ASIC電路設(shè)計進行了研究，希望文中內(nèi)容對相關(guān)工作人員能夠有所幫助。

DDC；電路設(shè)計；ASIC

DDC的主要作用是將高速信號中所存在的窄帶信號提取出來，從而成功的降數(shù)據(jù)的采樣速率。國外一些發(fā)達國家對數(shù)字變頻已經(jīng)進行了較長時間的研究，在市場中出現(xiàn)了性能良好的變頻芯片，但是我國數(shù)字下變頻技術(shù)的研究時間較短，因此技術(shù)相對來說較為落后，并沒有形成相對成熟的變頻芯片，因此需要加強研究，爭取早日研究出性能優(yōu)越的ASIC電路，使其能夠為人們提供良好的服務(wù)。

1　DDC基本原理

DDC的實現(xiàn)方法主要有以下兩種：1、多項濾波法。2、低通濾波法。兩種方法中低通濾波法實現(xiàn)起來想多來說比較簡單，因此本文對其進行重點介紹，將正交本振信號與中頻信號混頻，再使兩種信號分別通過低通濾波器，便可獲得兩路基帶信號，DDC的實現(xiàn)通過濾波完成。

實現(xiàn)DDC的結(jié)構(gòu)如圖1所示。先進行采樣x（t），形成x（n）數(shù)量，然后將所獲取的數(shù)據(jù)與cos（w0n）和sin（w0n）相乘，通過低通濾波器，最后輸出信號IQ。

圖1　實現(xiàn)DDC結(jié)構(gòu)圖

2　NCO與乘法器設(shè)計

2.1NCO設(shè)計

NCO主要作用是生產(chǎn)正交載波信號，在電路設(shè)計中應(yīng)用NCO最大優(yōu)點就是可以具有較高的分辨率，完成信號正交，并且在具體操作總可以實現(xiàn)編程目的。NCO在運行過程中可以通過查表法實現(xiàn)離散信號的生成，也就依據(jù)NCO正弦波完成正弦值的計算，同時應(yīng)當選擇合理的角度完成對正弦值的存儲。

2.2乘法器設(shè)計

在混淆的環(huán)境下，為了確保設(shè)計的合理性，在設(shè)計中需要應(yīng)用兩個乘法器，在具體設(shè)計中，NCO生成16bit余弦、正弦信號，然后將兩者分別與12bit信號進行相乘，最終生成正交信號兩路。在設(shè)計過程中，為了最大限度提高設(shè)計合理性，在設(shè)計中應(yīng)用Booth算法，最終設(shè)計出一個帶有16×12符號的乘法器。

目前，在各種電路設(shè)計中所應(yīng)用的乘法器，每次在檢查過程中只能完成對1bit二進制數(shù)的檢查，在具體操作過程中，為了在確保計算精準的情況下，提高運算速度，在同一時間可以完成對n bit二進制數(shù)的檢查，此時在計算上則需要對Booth算法進行應(yīng)用，我們也將其稱為高基算法。提出的Booth算法的主要目的是解決存在復(fù)雜信號的乘法運算，對存在的問題進行休整，在技術(shù)可行性的范圍內(nèi)，為了最大限度提高設(shè)計的合理性，本文選用booth2編碼完成相應(yīng)的設(shè)計工作。

16位帶有符號的乘法器在不影響其功能的情況下，可以將其合理的劃分為三個不同的部分。分別為：輸出的乘數(shù)與被乘數(shù)的積、產(chǎn)生的和與進位相加、積壓縮與和進位。以上三部分在具體設(shè)計中對應(yīng)的分別為編碼方式、加法器、拓撲結(jié)構(gòu)。

在設(shè)計乘法器過程中，輸出與輸入兩者之間是變形的，整個電路的結(jié)構(gòu)相對來說比較復(fù)雜，但速度很快。在設(shè)計電路的最初階段，用12bit乘數(shù)a，然后用符號將16 bit x的號為全部補齊，同時需要注意，在具體設(shè)計過程中，需要將兩個16位數(shù)的x與y安置在同一時鐘周期內(nèi)，并且乘法器的設(shè)計應(yīng)當以16×16作為基本標準，在完成最終的乘法計算后，在同一時間完成對out的輸出，并且要將輸出結(jié)果的高12位視作混淆信號，最終將其送入到濾波器中。

3　設(shè)計低頻濾波器

在AD中進行采樣，采樣的速率相對來說較高，而在設(shè)計過程中，混淆后的采樣速率和數(shù)據(jù)率之間將達到一致，考慮到濾波器因為各種原因限制，無法達到標準的處理速率，因此在具體處理過程中應(yīng)當通過抽取器完成相應(yīng)的抽取，降低數(shù)據(jù)率，然后再進行濾波。本次所研究的設(shè)計中使用的濾波器工具有40階，采樣的最初頻率大小為48MHz，截至頻率為6MHz，設(shè)計過程中輸入信號的真實寬度為12bit，輸出寬度與輸入寬度相比增加了4bit。

低通濾波器主要由位移寄存器組、乘法累加器和數(shù)據(jù)整理單元等共同組成。其中，位移寄存器組的主要作用是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的適當延時，其在電路中所發(fā)揮的功能相當于串聯(lián)多個觸發(fā)器而形成的數(shù)據(jù)延時。乘法累加器的作用是完成對數(shù)據(jù)的整理后，進行預(yù)加，并且同系數(shù)相乘。數(shù)據(jù)整理單元式將兩個數(shù)據(jù)率相等數(shù)據(jù)整合為一個數(shù)據(jù)率，整合后的數(shù)據(jù)率是原數(shù)據(jù)的兩倍，通過以上三項設(shè)計，可以使ASIC電路的設(shè)計變得更加合理可靠。

4　結(jié)束語

在DDC數(shù)字下變頻ASIC電路設(shè)計是一項技術(shù)要求很高的操縱，在具體設(shè)計過程中，要對設(shè)計過程中涉及到的內(nèi)容進行詳細分析，從而為設(shè)計提供有利的支持，促進ASIC電路設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。

［1］王東劍，張小華，劉鑫.一種基于FPGA的數(shù)字下變頻設(shè)計［J］.自動化與儀器儀表，2010，01：52-53.

［2］朱運航，鄧知輝.基于FPGA的數(shù)字下變頻的實現(xiàn)［J］.微處理機，2010，06：27-29.

［3］袁子喬，劉翔.一種任意抽取數(shù)字下變頻器的設(shè)計［J］.火控雷達技術(shù)，2013，03：66-69.

呂繼平（1982.01-），男，四川大學(xué)碩士，中電29所-成都嘉納海威科技有限責(zé)任公司工程師，研究方向：數(shù)字電路與系統(tǒng)。

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1003-5168（2015）-12-0094-1