模块化FPGA设计在某雷达接收机中的应用

对于每个通道而言，和信号的处理结果分为一次抽取结果和二次抽取结果(每个结果又包含同相和正交两路)，分别用于信号频谱识别和环路跟踪；差信号的处理结果为二次抽取结果，同相和正交两路信号分别对应于方位和俯仰角误差信号。

子通道实质上是一个数字接收信号处理器，原理图如图5所示。其基本功能是数字下变频和数据降速率处理，它由数控振荡器、数字下变频器和两级积分梳状抽取滤波器组成。信号进入后，首先进行下变频，得到正交的两路基带信号I和Q，然后分别对这两路信号进行滤波和抽取，降低数据速率，以满足后续处理的要求。

信号处理模块一共有4个子通道，共形成8个数据准备好信号，但考虑到各个子通道由同一个时钟信号同步，并且在复位信号(ACLR)过后开始工作，因此选择通道A的和信号子通道一次和二次抽取数据准备好信号作为整个信号处理模块数据准备好信号。

3．3．2 数控振荡器(NCO)

NCO产生两路正交的正弦波信号(本振信号)，其频率和相位可控。

NCO的实现采用查表法，将正弦表预先存入ROM中，频率积分后加上初始相位得到瞬时相位，作为正弦表地址数据输入，ROM输出为正弦幅度信号。由于受到FPGARAM容量的限制，相位到地址的转换需要做截断处理，同时只存储了1／4周期+1个单元的正弦幅度信息，查表时根据正弦信号的周期性做调整。

3．3．3 数字下变频器和积分梳状(CIC)抽取滤波器

数字下变频功能由有符号整数乘法器实现。CIC抽取滤波器包括两级，结构分别为2阶和5阶。CIC抽取滤波器传递函数和频率响应分别为：

其中，n为阶数，D为抽取比，fs为输入数据速率。CIC抽取滤波器原理框图如图7(以2阶CIC为例，5阶类似)：

CIC抽取滤波器由积分器、抽取器、梳状器和比例器组成。单级积分器传递函数为由加法器和延迟寄存器实现；单级梳状器传递函数为H(z)=1-z-1，由减法器和延迟寄存器实现；比例器放在最后，保证有效位数。图8是CIC2积分梳状抽取滤波器的频率响应和其直流附近的放大，可以看出其单边带5 dB处的带宽是符合设计要求的。

3．3．4 时序图

信号处理模块信号处理子通道处理时序如图9所示，处理过程中采用了流水线技术。NCO输出COS比FCW、PCW输入滞后5个时钟周期：下变频数据输出I比数据输入DIN滞后5个时钟周期。

3．3．5 通信控制模块

通信控制模块分为EMIF、UART、BUFFER和GPIO四个子模块，其中GPIO子模块负责FPGA与DSP之间状态与控制信号的传输；EMIF子模块负责FPGA与DSP之间的总线通信控制，将两者之间的通信转换到内部总线，分别连通UART子模块和BUFFRE子模块；UART子模块负责外部串口设备与EMIF子模块之间的双向通信，BUFFRE子模块负责信号处理模块输出数据与EMIF子模块之间的缓冲通信。

4 结论

本方案充分利用软件的处理能力和对FPGA模块化设计的思想，提高了中频数字接收机的灵活性，并使FPGA单元易于分块编写，易于分块调试，易于修改。基于该模块化FPGA的数字雷达接收机已调试成功，并已开始使用。