一种数字变频系统及数字变频方法与流程

本申请涉及射频数字信号处理，尤其涉及一种数字变频系统及数字变频方法。

背景技术：

1、在超导加速器低电平数字系统设计中，数字变频技术的主要作用是将dsp无法处理的高频信号变频至中频信号完成数字信号处理，或者将dsp处理后的中频信号还原至高频信号输出。

2、在硬件选择上，可编程门阵列(fpga)实现的变频方法相较于传统单片机数字变频器而言，具有可重构特质，可根据用户的需求进行迭代开发，对于设计逻辑和算法功能的实现具有很大灵活性。在软件设计上，目前也出现了很多不同结构的数字变频方法。如串行结构的数字变频，其核心包括数字频率合成器(dds)和低通滤波器。

3、一般地，在fpga中实现数字变频处理过程需保证时钟处理速度在200mhz以下，因此串行结构的数字变频器无法满足高频宽带数字信号的处理；之后又提出了信道化接收机思路来解决宽带信号接收问题，其目的是将目标信号带宽划分成多个相互邻接的子信道单元，然后对所有子信道带宽的信号同时接收处理。由于每个子信道的信号为窄带信号，因此可以借助串行数字变频器处理，虽然信道化接收机能够实现较高的数据吞吐率，但是也存在跨信道问题，容易造成信号泄露，因此还需在后级处理中增加补偿滤波模块来恢复信号，但与此同时也增加了数字变频结构的复杂性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种数字变频系统及数字变频方法，旨在解决现有技术中传统数字下变频串行结构数据吞吐率低和传输带宽窄的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种数字变频系统，包括：数模转换模块、变频模块和滤波模块；所述数模转换模块、所述变频模块和所述滤波模块依次连接；

3、所述数模转换模块用于对两路模拟信号分别进行数模转换，得到目标路数的第一频率数字信号；

4、所述变频模块用于对所述第一频率数字信号进行第一级多通道同步降频和第二级降频，得到一路第二频率数字信号；

5、所述滤波模块用于将所述第二频率数字信号进行抽取滤波，得到第三频率数字信号。

6、在一些实施例中，所述数模转换模块包括：采样单元和高速串口转换单元；所述高速串口转换单元分别与所述采样单元和所述变频模块连接；

7、所述采样单元用于对两路所述模拟信号分别进行采样，得到两路所述第一频率数字信号；所述高速串口转换单元用于将两路所述第一频率数字信号进行采样，得到目标路数的第一频率数字信号。

8、在一些实施例中，所述变频模块包括：第一变频单元和第二变频单元；所述第一变频单元分别与所述第二变频单元和所述高速串口转换单元连接；

9、所述第一变频单元用于对目标路数的第一频率数字信号进行第一级多通道并行同步单循环降频，得到第四频率数字信号；所述第二变频单元用于对所述第四频率数字信号进行第二级单通道降频，得到所述第二频率数字信号；

10、其中，所述第二频率数字信号大于所述第三频率数字信号。

11、在一些实施例中，所述采样单元包括：第一adc采集器和第二adc采集器；所述第一adc采集器和所述第二adc采集器均与所述高速串口转换单元连接。

12、在一些实施例中，包括：所述高速串口转换单元包括：串行转换接口；所述串行转换接口分别与所述第一adc采集器、所述第二adc采集器和所述变频模块连接。

13、在一些实施例中，所述第一变频单元包括：2阶5抽取积分梳状滤波器；所述2阶5抽取积分梳状滤波器分别与所述高速串口转换单元和所述第二变频单元连接。

14、在一些实施例中，所述第二变频单元包括：3阶4抽取积分梳状滤波器；所述3阶4抽取积分梳状滤波器分别与所述滤波模块和所述第一变频单元连接。

15、在一些实施例中，所述滤波模块包括：有限长单位冲激响应滤波器；所述有限长单位冲激响应滤波器与所述3阶4抽取积分梳状滤波器连接。

16、第二方面，本申请实施例提供一种数字变频方法，所述数字变频方法适用于如上所述的数字变频系统，所述数字变频方法包括：

17、利用数模转换模块对两路模拟信号分别进行数模转换，得到目标路数的第一频率数字信号；

18、利用变频模块用于对所述第一频率数字信号进行第一级多通道同步降频和第二级降频，得到一路第二频率数字信号；

19、利用滤波模块用于将所述第二频率数字信号进行抽取滤波，得到第三频率数字信号。

20、在一些实施例中，所述利用变频模块用于对所述第一频率数字信号进行第一级多通道同步降频和第二级降频，得到一路第二频率数字信号，包括：

21、利用第一变频单元对目标路数的第一频率数字信号进行第一级多通道并行同步单循环降频，得到第四频率数字信号；

22、利用第二变频单元对所述第四频率数字信号进行第二级单通道降频，得到所述第二频率数字信号；

23、其中，所述第二频率数字信号大于所述第三频率数字信号。

24、本申请的实施例具有如下有益效果：

25、一、克服了传统数字下变频串行结构数据吞吐率低、传输带宽窄等问题，实现了高数据处理能力。

26、二、将多通道所需的多次数据处理降至为单次运算，极大得节省了fpga(可编程门阵列)板卡资源。

27、三、可以适配不同类型的高采样率模数转换器，应用于后级数据处理模块，缩短运算时间具有普适性。

技术特征：

1.一种数字变频系统，其特征在于，包括：数模转换模块、变频模块和滤波模块；所述数模转换模块、所述变频模块和所述滤波模块依次连接；

2.根据权利要求1所述的数字变频系统，其特征在于，所述数模转换模块包括：采样单元和高速串口转换单元；所述高速串口转换单元分别与所述采样单元和所述变频模块连接；

3.根据权利要求2所述的数字变频系统，其特征在于，所述变频模块包括：第一变频单元和第二变频单元；所述第一变频单元分别与所述第二变频单元和所述高速串口转换单元连接；

4.根据权利要求2所述的数字变频系统，其特征在于，所述采样单元包括：第一adc采集器和第二adc采集器；所述第一adc采集器和所述第二adc采集器均与所述高速串口转换单元连接。

5.根据权利要求4所述的数字变频系统，其特征在于，包括：所述高速串口转换单元包括：串行转换接口；所述串行转换接口分别与所述第一adc采集器、所述第二adc采集器和所述变频模块连接。

6.根据权利要求3所述的数字变频系统，其特征在于，所述第一变频单元包括：2阶5抽取积分梳状滤波器；所述2阶5抽取积分梳状滤波器分别与所述高速串口转换单元和所述第二变频单元连接。

7.根据权利要求6所述的数字变频系统，其特征在于，所述第二变频单元包括：3阶4抽取积分梳状滤波器；所述3阶4抽取积分梳状滤波器分别与所述滤波模块和所述第一变频单元连接。

8.根据权利要求7所述的数字变频系统，其特征在于，所述滤波模块包括：有限长单位冲激响应滤波器；所述有限长单位冲激响应滤波器与所述3阶4抽取积分梳状滤波器连接。

9.一种数字变频方法，所述数字变频方法适用于权利要求1-8任一项所述的数字变频系统，其特征在于，所述数字变频方法包括：

10.根据权利要求9所述的数字变频方法，其特征在于，所述利用变频模块用于对所述第一频率数字信号进行第一级多通道同步降频和第二级降频，得到一路第二频率数字信号，包括：

技术总结
本申请涉及射频数字信号处理技术领域，公开一种数字变频系统及数字变频方法，所述系统包括：数模转换模块、变频模块和滤波模块；数模转换模块、变频模块和滤波模块依次连接；数模转换模块用于对两路模拟信号分别进行数模转换，得到目标路数的第一频率数字信号；变频模块用于对第一频率数字信号进行第一级多通道同步降频和第二级降频，得到一路第二频率数字信号；滤波模块用于将第二频率数字信号进行抽取滤波，得到第三频率数字信号。通过数模转换模块对两路模拟信号分别进行数模转换得到目标路数的第一频率数字信号，对第一频率数字信号进行两次降频后，将得到的第二频率数字信号进行抽取滤波得到第三频率数字信号，提升数字下变频的运算效率。

技术研发人员：李菡,任云飞
受保护的技术使用者：深圳综合粒子设施研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27