使用DDS将基带信号上变频

低通FIR将基带信号的旁瓣滤去，保留基带信号的主瓣。基带信号之所以是基带信号，正是因为它处在零中频附近。实际上，信号之所以在高频甚至射频的原因主要有：

1.接收天线的长度与电磁波的波长存在正比例关系，所以波长越小，接收天线也可以做的越小。电磁波波长与频率存在反比例关系，所以需要将基带信号上变频至高频部分，方便天线接收。

2.方便扩展信号带宽，提高频带利用率。

本文将通过DDS IP核输出的正弦波，与基带信号混频上变频至高频部分，将涉及一点数字信号处理内容。

首先，简单写一下上变频的数学理论基础，

基带信号乘以一个正弦波，频域卷积，频谱上会将基带信号的频谱搬移到正弦波的频率。

所以，我们需要做的就是生成一个所需的正弦波，并与基带信号相乘。这个过程就需要使用到Xilinx的DDS IP核以及DSP IP核。

在Vivado中IP Catalog中找到DDS IP核，

DDS IP核设置

系统时钟选择50MHz，通选数量选择1，其他的可以保持默认。注意Configuration Option，这里选择Phase Generator and SIN COS LUT，这个模式会根据GUI设置自动产生所需要的频率的正弦波；而另一种模式SIN COS LUT ONLY，会根据输入的相位信息phase_data输出对应的正弦波值，相位信息需要不断地自加获取输出的正弦波值。两种模式各有利弊，第一种模式设置更方便，第二种模式不需要固定输入时钟，可以改变参数获取不同的频率的正弦波。

第一种模式下，dds实例化，只需要取m_axis_data_tdata的数据即可，输出的波形按照GUI设置的要求。

dds_compiler_0 dds_inst (
.aclk(clk_50m),                                // input wire aclk
.m_axis_data_tvalid(),    // output wire m_axis_data_tvalid
.m_axis_data_tdata(cos_o),      // output wire [15 : 0] m_axis_data_tdata 13 - 2
.m_axis_phase_tvalid(),  // output wire m_axis_phase_tvalid
.m_axis_phase_tdata()    // output wire [31 : 0] m_axis_phase_tdata 
);

第二种模式下，dds实例化，需要不断地自加相位数据，DDS会根据相位数据输出对应的正弦波值。这更像ROM表，相位数据为ROM地址，根据ROM地址输出相应地址的数据。

always @ (posedge clk or posedge rst)beginif (rst)
        phase_data <= 16'd0;
else
        phase_data <= phase_data + fre_word;end
dds_compiler_0 dds_i (
.aclk(clk),                                // input wire aclk
.aclken(1'b1),                            // input wire aclken
.s_axis_phase_tvalid(1'b1),  // input wire s_axis_phase_tvalid
.s_axis_phase_tdata(phase_data),    // input wire [15 : 0] s_axis_phase_tdata
.m_axis_data_tvalid(),    // output wire m_axis_data_tvalid
.m_axis_data_tdata(t_data)      // output wire [31 : 0] m_axis_data_tdata);

其实DDS的原理正是ROM表存储，相位数据就是地址信息，根据地址信息查找表，输出对应数据，FPGA擅长的正是查表。第一种模式固定了相位数据和相位差，简化了操作但固定了使用时的输出频率；第二种模式开放了相位数据接口，输出的频率更加多变。

根据公式可知，

上面示例中的fre_word计算来源于这个公式。

DDS IP核设置

Output Selection可以选择输出的波形是Sine，Cosine，Sine and Cosine。注意选择Sine and Cosine时输出的信号宽度是Sine，Cosine的两倍，需要使用截位的方法将信号的前半段与后半段分开。高半段为Sine，低半段为Cosine。

DDS IP核设置

这个部分根据需要的频率进行设置。

DDS IP核设置

可以看到预想10M，但由于精度的问题，实际输出的频率是9.9999MHz，非常接近了。

接下来就是DSP IP核的使用，在Vivado中IP Catalog中找到DDS IP核。

DSP IP核

使用最简单的乘法功能，其他通道不选择。

DSP IP核

设定A，B的位数以及输出数据的位宽之后就完成了DSP IP核的设置。

xbip_dsp48_macro_0 dsp_product_inst (

.CLK(clk_50m), // input wire CLK

.A(fir_out[19:8]), // input wire [11 : 0] A

.B(cos_o[13:2]), // input wire [11 : 0] B

.P(out_data) // output wire [23 : 0] P

);

为了平衡性能与面积，所以A，B设置的12位输入，分别对FIR和DDS的正弦波进行了截位

由此，就完成了基带信号的上变频操作；但是，这样的上变频会带来双边带问题，占用了2倍的基带信号带宽。为了解决这个问题，又可以引入IQ调制。IQ调制如何操作以及它的原理等待后续的文章梳理。

最后，上板测试可以看到如下图所示。

实测图

duc_data是搬移到高频之后的信号，最后可以对duc_data进行截位操作，以适应实际中DAC的位数限制。