Matlab+FPGA宽带数字上变频技术研究(4)

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（4）最后对所设计的上变频器进行仿真、调试与完善，并测试该变频器的性能指标。能够通过上变频器完成频谱的搬移。

本文首先概括性的介绍了数字上变频技术的理论基础，第二章对用到的工具FPGA进行了简要的介绍说明；第三章对上变频各个模块的关键技术有正交变换原理、多速率信号处理、高效数字滤波结构以及数控振荡器、混频器进行了一一阐述，第四章是本论文的重点，对上变频的设计思路和具体工作做出了详细的说明介绍；在第五章给出了系统的调试和验证结果

2 FPGA系统设计基础

2.1 FPGA简介

FPGA(Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路，FPGA既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA具有静态可重复编程或在线动态重构特性，使硬件的功能可像软件一样通过编程来修改，不仅使设计修改和产品升级变得十分方便，而且极大地提高了电子系统的灵活性和通用能力。利用FPGA，设计人员可以在实验室中设计出专用IC，实现系统的集成，从而大大缩短了产品开发、上市的时间，降低了开发成本。以FPGA为代表的数字系统现场集成技术正朝着低功耗，高频率、高灵活性的方向发展。它不仅为数字电路的设计提供了很大的方便，而且在很大程度上改变了以往数字系统设计、调试、运行的工作方式。

首先，它使硬件的设计工作更加简单方便了。因为电路的逻辑功能可以由编程数据设定，而且能在线装入和修改，所以硬件的设计和安装完全可以一次完成，这样就节省了修改硬件电路耗费的人力和物力。而且对几种不同功能的逻辑电路可以采用相同的硬件电路，这也减少了许多硬件设计的工作量。

其次，在调试过程中通过写入编程数据很容易将电路设置成各种便于调试的状态，对电路进行测试，这比通过直接设置硬件电路的状态要方便得多。

最后，FPGA（一次性编程的除外）技术无需编程器和较高的编程电压，打破了先编程后装配的惯例，形成产品后还可以在系统内反复编程，可以快速有效地设计开发，加快系统预制及器件功能升级，减少电路走线，大大减少设计时间，缩短开发周期。

总之，FPGA的使用非常灵活，对于同一片FPGA，通过配置不同的编程数据可以产生不同的电路功能。目前，FPGA在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域已经得到了广泛的应用。

2.2 FPGA基本结构

目前生产FPGA的公司主要有Xilinx、Altera、Actel、Lattice、QuickLogic等，生产的FPGA品种和型号繁多。尽管这些FPGA的具体结构和性能指标各有特色，但它们都有一个共同之处，即由逻辑功能块排成阵列，并由可编程的互连资源连接这些逻辑功能块，从而实现不同的设计。

典型的FPGA通常包含六部分，分别为可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元和内嵌专用硬核等。具体介绍如下：

（1）可编程输入/输出单元（I/O单元）

目前大多数FPGA的I/O单元被设计为可编程模式，即通过软件的灵活配置，可适应不同的电器标准与I/O物理特性；可以调整匹配阻抗特性，上下拉电阻；可以调整输出驱动电流的大小等。

（2）基本可编程逻辑单元

FPGA的基本可编程逻辑单元是由查找表（LUT）和寄存器（Register）组成的，查找表完成纯组合逻辑功能。FPGA内部寄存器可配置为带同步/异步复位和置位、时钟使能的触发器，也可以配置成为锁存器。FPGA一般依赖寄存器完成同步时序逻辑设计。一般来说，比较经典的基本可编程单元的配置是一个寄存器加一个查找表，但不同厂商的寄存器和查找表的内部结构有一定的差异，而且寄存器和查找表的组合模式也不同。