基于IP复用技术的数字鉴频器设计

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1、2010年2月宇航计测技术Feb.第30卷第1期JournalofAstronauticMetrologyant]MeasurementV01.30.No.1文章编号:1000—7202(2010)01—0038—05中图分类号:TN77文献标识码:A基于IP复用技术的数字鉴频器设计’晏敏1李旭1章兢2侯志春1(1.湖南大学物理与微电子科学学院,湖南长沙410082;2.湖南大学电气与信息学院,湖南长沙410082)摘要在分析了坐标旋转计算机CORDIC算法原理的基础上。建立T--e用于数字信号处理数字鉴频器的模

2、型,它采用以裁剪后的8051IP核为控制核心,基于CORDIC算法的流水线结构和差分结构,完成了数字鉴频实时电路的设计,并在FPGA中实现数字鉴频器功能,它能显示两路基带信号,、Q之间的频率差。关键词+坐标旋转计算机算法数字鉴频IPFPGAADigitalFrequencyDiscriminationDesignBasedonReusableIPTechnologyYANMinlLIXulZHANGJin92HOUZhi.Chunl(HunanUniversity1.CollegeofPhysicsandMicr

3、oElectron;2.CollegeofElectricalandInformationEngineering;Changsh8410082)AbstractThispaperpresentsadigitalfrequencydiscriminationstructureanddesignsareal·timedigitalfrequencydiscriminationdisplaycircuitonthebasisoftheprincipleofCORDICAlgorithm.Itusestherevised

4、8051IPcoreascontrolcoreandaccomplishesthedigitalfrequencydiscriminationinFPGAandshowsthefrequencydifferencebetweentwobase-bandsignals,、QbasedOilthepipelinedCORDICalgorithmstructureanddifferentialstructure.Keywords+CoordinaterotationdigitalcomputeralgorithmDig

5、imlfrequencydiscriminationIntellectualpropertyFieldProgrammableGateArray1引言在数字信号处理中,经常会利用I,Q两路数字基带信号来实现数字鉴频问题,如瞬时频率的测量。传统的方法是利用查找表的方法来实现鉴相,再利用一阶差分的方法实现最后的鉴频,此方法存在缺点就是精度越高,数据容量要求就越大。如果采用CORDIC算法只要通过一阶差分结构即可实现鉴频,而且如果输入,,Q两路信号的位数足够,·基金资助项目:国家自然科学基金重点项目(项目编号:6063

6、4020)则输出相位信号的精度只与CORDIC算法的微旋转次数相关,也即只与流水单元数相关。首先给出CORDIC算法原理及其结构,完成鉴频输出处理控制单元的设计,最后给出利用正交的,,O两路数字基带信号实现实时数字鉴频的仿真结果。2CORDIC算法及鉴频器结构CORDIC算法⋯的基本思想是用一系列与运算第l期基于IP复用技术的数字鉴频器设计基数相关的角度的不断偏摆,从而逼近所需旋转的角度,这些固定的角度与计算基数有关,运算只有移位和加减。由于本文主要利用CORDlC算法求反三角函数,所以只介绍CORDIC算法求取

7、相位的基本原理’2】。假设直角坐标系内有一个向量(置,yf),逆时针旋转一角度后得到另一个向量(X,,y『)。这个过程可以用矩阵形式来表示盼瞄-sin0)(X,]㈩整理得(≥];c。s口(。a;:l口一ta。.o八lfxE,]c2,若向量(X;,y1)经过n次旋转才到达向量(x,,F),如图1所示。Y五,‘)X图1旋转模式多次旋转图设弟i次旋转的角度力0z,那么弟L次旋转的表达式为(≥::]=c。s日;(。a:口;一:npi](::]c3,1嵌tanoi=Si12i,IlP0,=s;arctan(专),旋转的角度

8、总和口:至或,这里的s;:{一l;+1),当5。:+l时表示向量是逆时针旋转,当.s;=一1时表示向量是顺时针旋转。这时式(3)变为(量::]=c。s口。(s;21.;一S。i2-i](≥]c4,式(4)中的cosB=cos(starctan(古))=cos(盯ctan(专))。随着旋转次数的增加,该式收敛为一个常数后,蠡=万1=而c。s(arc啪(专1)一o.50725

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