PXIe高精度多功能调制信号源

1、概述

   拟设计一款高精度多功能调制信号源，该调制源支持模拟调制和数字调制。

2、设计指标要求

• 通道数：2（可以同时输出IQ信号或者两路IF信号）

• 输出阻抗：50欧姆

• 输出耦合方式：DC耦合

• 输出最大幅值：1Vpp

• 模拟调制功能：

AM

模拟调制频率范围：DC~20Mhz

调幅深度：0 ~ 100%

调幅失真：30%时小于1.5%

FM

模拟调制频率范围：DC~20Mhz

调制频偏范围：<20Mhz

贫频偏失真：1.5%

PM

调制频率范围：DC~20Mhz

相偏范围：0°~360°

调相失真：<1%

6  )     数字调制功能：

调制格式：BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、32QAM、64QAM、128QAM、256QAM、MSK、GMSK、2FSK

滤波器类型：升余弦滤波器（RCOSFIR）、平方根升余弦滤波器(RRCOSFIR)、高斯滤波器(GAUSSFIR)

滤波器滚降系数：0~1

符号速率：DC~4M

EVM:<3%rms(符号速率4M，平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，QPSK调制)

基带信号过采样率：>400倍

基带信号播放速率：1600MSPS

基带信号带宽：<50M

采样位宽：16bit

IF信号：DC~400Mhz

IF信号频率稳定度：1PPM

IF相位噪声：120dBC/Hz@10khz,125Mhz(单频)

外时钟频率：10Mhz

外时钟输入功率：-10dbm~10dbm

3、实现原理

1）、综述

基带信号定义：信源（信息源，也称发送端）发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号（相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。）其由信源决定。而数字基带和模拟基带又分很多中调制方式，常见的数字调制方式有下面几大类有：PSK、QAM、FSK、MSK、GMSK、ASK等。常见的模拟调制有下面几大类：AM、FM、PM等。要在FPGA中实现这么多的调制方式是非常复杂的，在PC中实现这些调制就相对容易。基带信号要插值到同DAC相同的采样率，运算量大，正好可以利用FPGA实时性好，可以并行处理的特点，在FPGA做插值运算。所以此模块基于PC+FPGA的方式来实现，PC实现各种调制算法，FPGA负责插值到DAC的采样率。

2）、原理描述

首先PC通过算法来产生随机序列的二进制比特流，二进制比特流经过不通的调制算法来映射成响应的IQ调制信号。由于调制后的IQ数据流信号不适合在在信道中传输，即要通过成型滤波器整形成适合在信道中传输的信号（此处模拟信号默认不使用成型滤波器）。成型滤波器包括如下三种：

 

升余弦滚降滤波器其时域冲击响应为：

                公式(1)   

          r为滚降系数（r=0时即为理想低通滤波器brickwall filter,现实中不可实现。）,T为输入符号的符号周期。

平方根升余弦滚降滤波器其时域冲击响应为：        

       

                     公式(2)

α为滚降系数,T为输入符号的符号周期。

高斯滤波器其时域冲击响应为：

                 公式(3)

此时调制的信号经过数字重采样到统一的采样速率，便于FPGA中做信号处理。经过数字重采样后的信号通过PXI总线下发到FPGA上的DDR3中缓存，DDR3中的数据流经过多速率内插器内插到DAC的采样频率。接着由DAC芯片做进一步的插值到更高的采样率，同时DAC芯片可以产生正交的载波信号，此载波信号由DAC中的DDS产生，所以其正交性好。此时IQ基带信号可以和正交的载波信号混频后两路合成一路实信号输出，或直接输出IQ基带信号。实现框图如图1所示。

 

4、具体指标分析

略

5、关键器件

采用FPGA+DA架构，FPGA采用Xilinx  XC7K70T,DA采用ADI公司的AD9142A。

 

6、模块功耗及尺寸

模块功耗为12瓦；尺寸为标准3