简易FM信号解调的FPGA实现过程讲解

FM解调需要去掉载波得到基带的信号，考虑到FM的特殊性，使用参考资料1中的小角度近似解调算法。

简单来说，FM信号采样后，进行下变频后，传统方法需要对正交分量和同相分量进行反正切及差分运算，这样在FPGA中实现起来相对来说复杂且耗费资源。改进的小角度近似解调法利用了FM的恒包络特性，角度相似原理，得到的解调公式如下：

如此，仅需对信号进行延时，相乘再相减的操作，运算过程简化且使用频率提升，优缺点如下图所示：

最后，解调的整体过程还包括下变频过程，本工程为简化流程，未使用载波恢复进行频偏补偿。整体过程流程图如下：

下变频

使用NCO IP核，设置好对应中心频率的频率控制字即可，如下图，NCO输出预设频率的正弦波信号，NCO的设置可见参考资料2及上篇文章。

将采样信号分为两路，分别与cos，sin信号相乘，如下图，乘法器的IP核需要注意数据类型，需要选择为有符号数，最好使用流水线结构，其它的如数据位宽根据实际需求设置：

时域混频对应频域频谱搬移，需要使用滤波器滤除高频分量。滤波器的参数设置见参考资料3，设置好对应的采样频率，截止频率，滤波器系数位宽和输入位宽参数即可。如下图，信号通过滤波器：

至此，下变频过程结束。

小角度近似解调

使用D触发器将下变频后的信号延迟一个时钟周期，按照上述提到的公式，进行对应的乘法，最后做减法即可。

这块没什么可说的，基本上就是照着公式调用乘法/减法IP核，设置好对应参数，可能需要截位，截位见参考资料4。

整体结构搭建起来并不复杂，实际出来的信号效果还需要使用Signaltap II进行板上验证，并调整滤波器参数和截位得到最好的效果。

最终得到的效果如下：

第二个是原始基带信号，最后一个就是解调的信号，可以看到还是有部分载波信号在，这是因为我们所使用的FPGA芯片l里的资源比较少，滤波器的阶数和系数位宽不能设置过大，省资源导致的，其次下变频的本振信号与信号载波之间可能存在频偏，未进行补偿操作。

FPGA型号：Altera Cyclone EP4CE10F17C8