用FPGA搭配3個(gè)電阻、1個(gè)電容制作的1bit SDR接收機(jī)

電賽在即，再給大家提供一個(gè)小技能，并一些有用的Verilog代碼，對(duì)于做高頻電路題目的同學(xué)有一定的參考。

以前介紹過我們用小腳丫FPGA的一根GPIO管腳制作的FM發(fā)射機(jī)，今天再介紹一個(gè)用FPGA搭配3個(gè)電阻、1個(gè)電容制作的1bit SDR接收機(jī)，接上喇叭，可以收聽中、長(zhǎng)波電臺(tái)，連ADC都沒有用到。

該項(xiàng)目由Alberto Garlassi分享在Hackaday.io上，并在Github上開源了其Verilog代碼，巧的是，他使用的FPGA正好是我們小腳丫FPGA上用到的Lattice XO2系列。

原理圖用KiCad繪制，可以看出左側(cè)的3顆電阻以及1顆電容。

在Hackaday上的一些簡(jiǎn)介：

創(chuàng)建這個(gè)項(xiàng)目是為了學(xué)習(xí) Verilog 并享受 FPGA 和 SDR 帶來的樂趣。主要目標(biāo)是使用盡可能少的組件接收AM廣播電臺(tái)。所選擇的FPGA萊迪思 MachXO2 也是可以使用的最簡(jiǎn)單的組件之一。我能夠用20米長(zhǎng)的電線作為天線，從位于三大洲的數(shù)千公里處接收電臺(tái)。最小的BOM包括一塊30歐元的 Lattice MachXO2分線板、三個(gè)電阻器、一個(gè)電容器和一個(gè)揚(yáng)聲器。為了獲得更好的性能，最好添加一個(gè)晶體振蕩器，靈敏度和音頻質(zhì)量比使用內(nèi)部振蕩器更好。

天線直接連接到輸入引腳，因?yàn)槟漓o電荷會(huì)損壞電路板。當(dāng)您厭倦了破紀(jì)錄的元件數(shù)量時(shí)，最好添加一個(gè)串聯(lián)電容器和兩個(gè)限流二極管。使用 RC 濾波器、串聯(lián)電容器和有源揚(yáng)聲器，音頻更實(shí)用。

無線電架構(gòu)非常標(biāo)準(zhǔn)，直接變頻接收器。我們有一個(gè) ADC、一個(gè)混頻器、兩個(gè)用于正交信號(hào)的 CIC 濾波器、一個(gè)采用信號(hào)平方和的平方根的 AM 解調(diào)器，以及一個(gè)用于音頻輸出的 PWM。頻率調(diào)諧由NCO獲得，它是一個(gè) 64 位累加器，其增量由UART控制，可以從控制PC發(fā)送一些字符并更改頻率。為此，該板有一個(gè)備用的UART通道。主通道用于編程，需要將USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器的第二通道通過在電路板下側(cè)焊接橋接器連接到FPGA。

ADC 使用 LVDS 比較器作為輸入，但它的工作方式與 Sigma-Delta 轉(zhuǎn)換器不同，例如http://www.latticesemi.com/-/media/LatticeSemi/Documents/ReferenceDesigns/SZ2/FPGA-RD-02047-1-5-Simple-Sigma-Delta-ADC.ashx?document_id=35762

在這種情況下，反饋信號(hào)通過使用低RC時(shí)間常數(shù)來跟蹤輸入。在射頻下，這是不切實(shí)際的，反饋用于通過一個(gè)大的RC常數(shù)將比較器保持在開關(guān)電平附近。采樣是通過疊加到所需信號(hào)上的隨機(jī) RF 噪聲來執(zhí)行的。我們?cè)?80 MHz 下對(duì) 6 KHz 帶寬信號(hào)進(jìn)行過采樣。對(duì)此的簡(jiǎn)要解釋：如果輸入是真正隨機(jī)的，那么它在一定時(shí)間內(nèi)的平均值將幾乎為零。但它與來自遠(yuǎn)處發(fā)射機(jī)的非常小的無線電信號(hào)相加，這足以對(duì)輸出產(chǎn)生輕微影響。https://en.wikipedia.org/wiki/Oversampling

CIC 濾波器抽取為 4096，因此 ADC 分辨率的理論增加為 6 位。

最好在較低的 CIC 抽取后使用 FIR 濾波器。是可以做到的，不是所有的FPGA都用到了。萊迪思沒有針對(duì)它的 IP，MachXO2 缺少 DSP 模塊，而且從未打算用于它。

另一個(gè)低組件數(shù)收音機(jī)：https://www.i2phd.org/armradio/index.html

自制的 1 位 ADC GPS 接收器，基于下面的文章：http://s53mv.s5tech.net/navsats/theory.html

以上是作者對(duì)此項(xiàng)目的介紹，如果使用Intel版本的小腳丫FPGA核心板，可以使用其DSP模塊獲得更高的性能，有興趣的同學(xué)可以嘗試一下。

在Github上有完整的工程內(nèi)容，基于Lattice XO2 FPGA的以及基于Intel Cyclone 3 FPGA版本。

如下是主要代碼的截圖：

有我們這款電賽綜合技能訓(xùn)練板的同學(xué)，可以在這個(gè)板子上驗(yàn)證一下，即便不適用高速ADC，使用板上的高速比較器（TP1961-TR），也可以輕松測(cè)試一下。

責(zé)任編輯：haq