数字电路中最简单的混频知识

数字电路中最简单的混频知识

混频就是把两个不同的频率信号混合，得到第三个频率。在模拟电路中经常见到的就是把接收机接收到的高频信号，经过混频变成中频信号，再进行中频放大，以提高接收机的灵敏度。

数字电路中最简单的混频便是两个信号做乘法，可以得到它们的和频信号与差频信号。数字混频在通信的调制、解调、DUC（数字上变频）、DDC（数字下变频）等系统中应用广泛。通常把其中一个信号称为本振信号（local oscillator），另一个信号称为混频器的输入信号。

程序设计

程序设计系统时钟5MHz，625kHz的输入信号与625kHz的本振信号做混频，根据混频原理会得到1.25MHz的和频信号与0Hz（直流），将直流滤除掉得到1.25MHz的有效信号。设计的顶层模块接口如下所示：

程序中首先生成本振信号。Quartus和Vivado中都提供了类似功能的IP核：Vivado中叫DDS（Direct Digital Synthesizers）Compiler；Quartus中叫NCO（Numerically controlled oscillators）。下面以实例化NCO为例，具体的设计方法在下文讲解。

接下来用乘法进行混频。我们都知道计算机中有带符号数signed和无符号数unsigned，还知道计算机经常以二进制补码的形式的表示带符号数。

在FPGA设计中，不管是Altera还是Xilinx，它们的IP核几乎都是采用二进制补码带符号数，也有很多的ADC、DAC芯片的数据接口也采用的是二进制补码。因此，在设计中，我们要清楚什么时候用什么数值表示法。比如NCO的输出为带符号数二进制补码，假设混频的输入信号也是带符号数二进制补码，则在整个混频程序设计中都要保持这个数值表示方法，否则就会出错。