簡(jiǎn)易FM信號(hào)解調(diào)的FPGA實(shí)現(xiàn)過程講解

FM解調(diào)需要去掉載波得到基帶的信號(hào)，考慮到FM的特殊性，使用參考資料1中的小角度近似解調(diào)算法。

簡(jiǎn)單來說，F(xiàn)M信號(hào)采樣后，進(jìn)行下變頻后，傳統(tǒng)方法需要對(duì)正交分量和同相分量進(jìn)行反正切及差分運(yùn)算，這樣在FPGA中實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)來說復(fù)雜且耗費(fèi)資源。改進(jìn)的小角度近似解調(diào)法利用了FM的恒包絡(luò)特性，角度相似原理，得到的解調(diào)公式如下：

如此，僅需對(duì)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，相乘再相減的操作，運(yùn)算過程簡(jiǎn)化且使用頻率提升，優(yōu)缺點(diǎn)如下圖所示：

最后，解調(diào)的整體過程還包括下變頻過程，本工程為簡(jiǎn)化流程，未使用載波恢復(fù)進(jìn)行頻偏補(bǔ)償。整體過程流程圖如下：

下變頻

使用NCO IP核，設(shè)置好對(duì)應(yīng)中心頻率的頻率控制字即可，如下圖，NCO輸出預(yù)設(shè)頻率的正弦波信號(hào)，NCO的設(shè)置可見參考資料2及上篇文章。

將采樣信號(hào)分為兩路，分別與cos，sin信號(hào)相乘，如下圖，乘法器的IP核需要注意數(shù)據(jù)類型，需要選擇為有符號(hào)數(shù)，最好使用流水線結(jié)構(gòu)，其它的如數(shù)據(jù)位寬根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置：

時(shí)域混頻對(duì)應(yīng)頻域頻譜搬移，需要使用濾波器濾除高頻分量。濾波器的參數(shù)設(shè)置見參考資料3，設(shè)置好對(duì)應(yīng)的采樣頻率，截止頻率，濾波器系數(shù)位寬和輸入位寬參數(shù)即可。如下圖，信號(hào)通過濾波器：

至此，下變頻過程結(jié)束。

小角度近似解調(diào)

使用D觸發(fā)器將下變頻后的信號(hào)延遲一個(gè)時(shí)鐘周期，按照上述提到的公式，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的乘法，最后做減法即可。

這塊沒什么可說的，基本上就是照著公式調(diào)用乘法/減法IP核，設(shè)置好對(duì)應(yīng)參數(shù)，可能需要截位，截位見參考資料4。

整體結(jié)構(gòu)搭建起來并不復(fù)雜，實(shí)際出來的信號(hào)效果還需要使用Signaltap II進(jìn)行板上驗(yàn)證，并調(diào)整濾波器參數(shù)和截位得到最好的效果。

最終得到的效果如下：

第二個(gè)是原始基帶信號(hào)，最后一個(gè)就是解調(diào)的信號(hào)，可以看到還是有部分載波信號(hào)在，這是因?yàn)槲覀兯褂玫腇PGA芯片l里的資源比較少，濾波器的階數(shù)和系數(shù)位寬不能設(shè)置過大，省資源導(dǎo)致的，其次下變頻的本振信號(hào)與信號(hào)載波之間可能存在頻偏，未進(jìn)行補(bǔ)償操作。

FPGA型號(hào)：Altera Cyclone EP4CE10F17C8