基于 VIVADO 的 AM 调制解调（1）方案设计

一、AM 原理

常规调幅（conventional AM）信号（简称 AM 信号）的时域表达式为：

其中， 是载波幅度， 是调制信号（基带消息信号）。 是已调信号，它的包络直接对应着信号  的变化规律。

定义调幅指数（modulation index），或调制深度，为：

它反应了信号在载波幅度上的“调制程度”。

对应的解调方法一般是使用包络检波器，即直接提取  的实包络来恢复消息信号。包络检波器实质上是一个整流器与一个低通滤波器的结合，这主要是利用了 RC 电路中电容放电慢的特点来提取提取  的包络。因此，我们具体可以通过全波整流并低通滤波两步来实现。

二、目标设计

完成信号 AM 调制和解调功能，目标如下：

（1）载波信号频率范围：1M-10MHz，分辨率 0.01 MHz。

（2）调制信号为单频正弦波信号，频率范围：1kHz-10kHz，分辨率 0.01kHz。

（3）调制深度 0-1.0，步进 0.1，精度优于 5%。

（4）使用 MATLAB 对比调制信号和解调信号指标。

（5）载波信号频率、调制信号频率和调制深度可设置。

（6）完成 Testbench 仿真验证。

三、方案设计

1、原理框图

AM 调制解调较简单，其原理框图设计如下所示：

2、实现工具

原理框图中的调制信号、载波信号可以通过 Xilinx VIVADO 中调用 DDS IP 核进行配置得到；乘法器、加法器则直接调用 Xilinx VIVADO 的 IP 核进行使用；低通滤波器需要在调用 IP 核的基础上，利用 MATLAB 的滤波器设计工具生成 .coe 文件进行参数配置。

3、参数设计

（1）系统参数

时钟频率  设置为 100 MHz。

（2）发送端参数

对于调制信号和载波信号而言，我们使用的是 DDS IP 核，根据 Xilinx 的 dds_compiler 官方手册给出的公式

我们可以利用系统时钟频率 、输出信号频率 、相位累加器位宽  来计算出所需的频率控制字  的数值。

对于调制信号，我们设置输出信号频率  为 8 kHz，相位累加器位宽  为 24。

对于载波信号，我们设置输出信号频率  为 8 MHz，相位累加器位宽  为 16。

类似的，根据手册，我们同样可以根据公式

来计算相位控制字  的数值，本次设计中暂不用考虑设计相位控制字。

然后，我们将调制深度  设置为 0.9，直流分量 ​​​​​​​ 幅度大小设置为 127。这里需要注意的是，调制深度不能直接在代码中写小数，我们可以将  乘上 256 后取整，再与调制信号相乘，最后将结果右移 8 位即可。

（3）接收端参数

在 MATLAB 命令行窗口输入 filterDesigner 进入滤波器设计 GUI 界面。滤波器选择 fir 低通滤波器，滤波器阶数设置为 100，采样频率为 25 MHz，截止频率为 25kHz。

 下图量化完成后，点击菜单栏目标（Targets），输出为 .coe 文件，在调用 fir IP 核时引用。