数字下变频（DDC）原理介绍

数字变频技术是软件无线电的核心技术之一。与模拟变频器相比，数字变频EDA中国门户网站-h)ZuK7p.d_h?Z'N
不存在模拟变频器中混频器的非线性和模拟本地振荡器的频率稳定度、边带、相EDA中国门户网站0tlQH8tY'r$M/im;B
位噪声、温度漂移、转换速率等人们关心但是难以彻底解决的问题，而且数字变
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G+CE0频中频率步进和频率间隔也具有理想的性能，并且数字变频器的控制和修改比较
zn4Hd)R0容易，实现比较简单。
o?*_cVwx M9[0影响数字变频器性能的主要因素有两个：一是表示数字本振、输入信号以及
&yG+^U#nXL0混频乘法运算的样本数值的有限字长所引起的误差；二是数字本振相位分辨率不EDA中国门户网站&y(D^MF8e)|
够大而引起的数字本振样本数值的近似取值。
;r.DbW:p6A-D9mn6b2\k0数字变频器由数字混频器、数字控制振荡器（NCO）和低通滤波器三部分组EDA中国门户网站!f)v,D f@B
成，如图 1 所示。
S5VA6d^0图 1 数字下变频结构方框图
!g[-k-p*_W01.1. 正交数字下变频原理
A'd%{)TZ*G7o0正交数字下变频包括两个部分：一是乘法器，二是数控振荡器（NCO）。EDA中国门户网站x'Z{ _ J:OU-d2N
正交数字下变频是将数字化后的实信号分为两路，一路乘以cos(ωcn)，下变频到
boP Z.T3{B1~6q00 中频，形成与原始信号相位相同的信号；另一路乘以sin (ωcn)，下变频到0 中EDA中国门户网站2CQR:fY#iL
滤波EDA中国门户网站^8r"K1nW
抽取
{]JO2X&x0ADC
,g1uG @g:y0滤波
)GZTlX!qe o5eG.A0抽取
T`3rP
ncY5Y0基带EDA中国门户网站S'b"L zP]p;YV
信号EDA中国门户网站/|&y#xNT&O
处理
O X(Y*G^P1J0NCOEDA中国门户网站CEsB6e2a&P
cos(ωcn)EDA中国门户网站8N(sH5LG6k xN/D
sin (ωcn)EDA中国门户网站;|vd^Cp
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DDC
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频，形成与原信号正交的信号。其数学表达式为：EDA中国门户网站D'tlvp,t7bdw:x
)] 2 sin( ) 2 )[cos( ( ) ( ) ( 2EDA中国门户网站*S!Ol6v|NpD#~+~
s c s cEDA中国门户网站$?u;~1HQ kIRH
fcnT j nT f j nT f n s e n s n y s π π π − = = − （1）EDA中国门户网站\*Hr#w%d
其中c f 为中频信号的载频（中心频率）， s T 是采样间隔， ) (n s 表示ADC 后EDA中国门户网站eP{d@"\
输出实信号， ) (n y 为数字下变频后输出。
V*H2m7O2N0正交数字下变频中的正弦波sin (ωcn)和余弦波cos(ωcn)由NCO 产生。NCOEDA中国门户网站qO%?,`
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主要有三部分组成：相位累加器、相位加法器和sin/cos 表只读存储器。相位累
:NEJ2[:p#e0加器的作用是将数字本振频率转换成相位，相位加法器的功能是设置一定初始相EDA中国门户网站nWllj(v CO
位，相位的正余弦值由查表求得。其详细原理在此不再叙述，可查阅相关书籍。EDA中国门户网站[.^;m5S%FM^7e;Z)p
1.2. 滤波抽取原理简述
L3kzV1JZ0经过正交数字下变频之后，得到了零中频的基带复信号，此时信号的采样率EDA中国门户网站?g [PL+[(]p W
仍然是ADC 采样频率（即中频信号的采样频率），数据率很高，信号的带宽远小EDA中国门户网站rk!j-r3] O4m1J
于采样频率，所以滤波抽取（采样率降低）成为了数字下变频的一个必不可少的EDA中国门户网站?4uU d^ C7Y
组成部分。
$Dz1H&M^o0抽取就是从信号中除去高频信息，降低抽样频率而不导致频谱混叠的过程。EDA中国门户网站HuOV6m.x!F-b
图 2 抽取电路方框图
)c"C8`X;M0O0抽取的基本过程如图 2 所示。先进行低通滤波，再作抽取。数字下变频中的EDA中国门户网站]P@b(|p
LPF 数字滤波器通常采用积分梳状滤波器（CIC）、半带滤波器和FIR 滤波器的EDA中国门户网站`;k8@n5x&Hq|
多级结构，实现一定倍数的抽取。EDA中国门户网站)Ew U q!^H }t
级联积分梳状（CIC）滤波器是简单积分器（累加器）的级联和梳状滤波器EDA中国门户网站*q"a5YCGf
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（将当前样本进行延时并从当前样本中减去）的级联，这种滤波器仅仅使用延时EDA中国门户网站|Z3uy"]5O%NBxi
和加法操作，因而非常适合于FPGA 和ASIC 来实现。EDA中国门户网站;c'd i
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半带滤波器是一种抽取因子为2 的抽取器，这种滤波器的冲激响应中有近一
"@E-@a:I0半的值为零，所以完成滤波需要的乘法次数很少（比对称FIR 设计时少一半，比
Uu[6Pn$F@0s-u3@ J0任意其他FIR 设计所需乘法次数少四分之三）。
-wyi"G2`"Y+_;l;Ry,j0FIR 数字滤波器也是在DDC 中经常用到抽取滤波器，它的优点是FIR 滤波
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s`5D Q4dc*e^v;J l0器的参数可设置，达到比较好的阻带衰减特性和通带特性