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2019年12月18日 | 赛灵思FPGA DIY系列（5）：中频全数字频谱分析仪的实现
2019-12-18 来源：elecfans
摘要：本设计主要完成了中频全数字频谱分析仪的FPGA设计与实现。本设计的平台是在Xilinx的Spartan6系列xc6slx16-3csg324型号的FPGA芯片中完成的，同时配合DSP等一些外围芯片与设备。本设计能够完成对中频信号的功率和频谱的分析，同时能够根据不用的应用需要完成输入信号的不同倍数的抽取、平均，实现了多种分辨率带宽（RBW）和视频带宽（VBW）之间的相互切换，能够满足不同场合的需要。
频谱分析仪的主要工作原理
接收到的中频模拟信号经过A/D转换为14位的数字信号，首先对数字信号进行数字下变频（DDC），得到I路、Q路信号，然后根据控制信号对I路、Q路信号进行抽取滤波，使用CIC抽取滤波器完成，然后在分别对I路、Q路信号分别进行低通滤波，滤波器采用FIR滤波器和半带滤波器相结合的方式，然后对信号进行加窗、FFT（对频谱进行分析时进行FFT运算，对功率谱进行分析时不进行FFT运算）、I路和Q路平方求和、求平均。最后将输出的数据送入到DSP中进行显示与控制的后续处理。
各个功能单元的详细说明
1. DDC数字下变频：对输入的中频信号变频到0Hz点，即对输入的信号分别与sin函数和cos函数相乘得到I路和Q路信号。
2. 采样率变换：同过两级CIC实现，能够实现5、14、48、144、480…480000多个速率的切换。
3. 滤波：通过把FIR和半带滤波器结合能够实现很好的滤波性能，同时能够实现2倍的抽取。
4. 加窗：对输入的信号进行连续的加窗，窗长64点，为高斯窗。
5. FFT：通过对输入信号做FFT运算能够实现对信息的频谱进行分析。FFT运算点数为64点。
6. 平方求和：分别对I路、Q路信号平方，然后相加得到一路信号
7. 平均：根据不同的RBW和VBW完成不同的平均长度。
史海拾趣
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