1.數字下變頻介紹

數字下變頻是一種廣泛應用于數字無線電接收機的數字信號處理技術，其主要目的是經過數字混頻將A/D轉換輸出的中頻信號搬移至基帶，然后通過濾波，抽取完成信道提取的任務，如下所示：

主要的電路模塊由四部分組成：數控震蕩、數字混頻、數字濾波、采樣抽取。

2.matlab結果

(1)首先使用matlab對整個過程進行驗證，輸入信號中頻f0 =4.5MHz；采樣頻率fs=40/3*f0；采樣時間為1us，輸入信號和NCO輸出相乘，得到I、Q兩路信號，分別對輸入信號和NCO相乘結果做FFT，點數為256點，點數的選擇不是固定的，可以參考之前介紹FFT的文章，其信號以及頻譜如下：

(2)如上圖所示，濾波器的作用就是濾除-8.9MHz的頻率，濾波器設計采用matlab的Filter Design，FIR濾波器設計也可以參考之前的文章，設計濾波器如下：

(3)由于采樣率比較低，這里就不做抽取，最后信號的頻譜如下所示：

3.FPGA實現

我們使用DDS代替信號輸入，然后通過復數乘法器和NCO輸出相乘，濾波器的系數直接導入matlab生成的系數即可：

針對以上系統結構，每次觸發采集1us的數據，NCO和DDS的數據同時產生，由phase_tvalid控制，mux_data包括兩路信號，如上圖所示，復數乘法器的輸出分為兩路做濾波，具體時序設計如下：

最后實際結果和matlab數據進行比對，數據比對的時候要注意位寬量化的問題：

(1) vivadoIP核沒有提供復數乘法器的matlab仿真模型，可以直接使用點乘來代替，但是要量化之后才能把數據輸入濾波器，不然的話，后續數據比對就會出現問題

DDS和NCO的輸出分別是16位的數據，由復數乘法器的輸入和輸出端口的結構可以知道

如果不進行輸出截位，輸出為33位，我們這里設置輸出為16位，也就是截取高16位，在matlab里可以這樣做，截掉低17位。
s_fix = s_in.*s_nco

floor(s_fix/2^17)

其中輸出舍入方式要與IP核中的一致。

(2) 濾波器輸出要注意，輸入的數據是fix16_15，我們設置輸出為18位，輸出的數據是fix18_16

對輸入和輸出做如下量化：

按照上述操作，matlab輸出的數據和FPGA的輸出是一致的。