數(shù)字下變頻FFT及其在頻譜分析儀中的實(shí)現(xiàn)

圖3是其DSP基于中斷響應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)流程圖，該DSP軟件主要由2個(gè)中斷處理程序共同完成。其中，2個(gè)中斷分別為HPI中斷和FIFO半滿中斷。

主機(jī)的HPI中斷通過訪問DSP的HPI接口產(chǎn)生，該中斷用來(lái)通知DSP得到當(dāng)前頻譜分析儀的分辨率，并根據(jù)式(2)由分辨率、窗函數(shù)-3 dB帶寬因子K和采樣率計(jì)算出FFT長(zhǎng)度M，并由預(yù)先設(shè)定的抽取比D計(jì)算出采樣數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N=M×D。

FPGA控制產(chǎn)生的ADC采樣FIFO半滿中斷，則先讓DSP完成數(shù)據(jù)采集、軟件數(shù)字下變頻；當(dāng)所采集的數(shù)據(jù)足夠時(shí)，再進(jìn)行FFT處理(此時(shí)FPGA控制ADC停止采樣)。由于DSP片內(nèi)數(shù)據(jù)空間較小，ADC采樣數(shù)據(jù)先保存在內(nèi)部RAM，經(jīng)CIC抽取濾波后，其輸出數(shù)據(jù)和FFT處理數(shù)據(jù)都存放在外部SDRAM空間，而SBSRAM是參數(shù)存放和傳遞的空間，里面包括數(shù)字本振(該數(shù)據(jù)是在開機(jī)時(shí)由主機(jī)加載)、窗函數(shù)和FFT蝶形因子等參數(shù)。

4 處理時(shí)間比較與分析

本文選擇在相同ADC采樣數(shù)據(jù)下將傳統(tǒng)FFT和數(shù)字下變頻FFT 2種方法的處理時(shí)間進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，在測(cè)試中選擇的采樣數(shù)據(jù)量為64K，基于數(shù)字下變頻的FFT方法選擇的抽取比為64，所有FFT數(shù)據(jù)訪問都是在片外SDRAM，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

由表1可以知，基于數(shù)字下變頻的FFT方法總共耗時(shí)為1.92+0.95=2.87 ms，遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)法的320.7 ms。傳統(tǒng)法處理時(shí)間過長(zhǎng)，主要是因?yàn)镕FT算法本身的大數(shù)據(jù)量運(yùn)算耗時(shí)較多，而且DSP訪問外部SDRAM較之片內(nèi)耗時(shí)更多。64K數(shù)據(jù)都在外部SDRAM，而FFT算法需要多次對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作，這必然導(dǎo)致整個(gè)處理中的數(shù)據(jù)訪問時(shí)問增加，從而引起整個(gè)處理時(shí)間增加。相比而言，基于數(shù)字下變頻的FFT方法只需進(jìn)行1K點(diǎn)的FFT；而且CIC抽取濾波處理是在片內(nèi)進(jìn)行的，均是簡(jiǎn)單的加法運(yùn)算，整個(gè)處理時(shí)間自然就少多了。

5 結(jié) 論

本文分析了基于數(shù)字下變頻的FFT技術(shù)的具體方法，在實(shí)現(xiàn)寬帶頻譜分析和窄的分辨率方面，該方法比傳統(tǒng)的FFT更能有效降低整個(gè)處理過程的運(yùn)算量、存儲(chǔ)量和處理時(shí)間。實(shí)際應(yīng)用證明：在某新型頻譜分析儀中，通過在單片DSP里的軟件實(shí)現(xiàn)，并由處理時(shí)間對(duì)比測(cè)試可知，該方法較之傳統(tǒng)FFT方法能大幅度提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。