简易FM信号调制的FPGA实现过程讲解

AM是幅度调制，因此只需要将基带信号与载波信号相乘；FM是频率调制，以频率的变化来表示基带信号。

好在FPGA有NCO IP核，其内部的原理，是将一个完整的正弦波信号分为2的32次方点数，将点数存放在ROM内，然后使用频率控制字作为读数据地址，频率控制字越大，点数的跨度越大，输出的波形周期越小，频率越大。

所以只需要将基带信号的变化加入到载波频率控制字上，便可以达到频率调制的效果。NCO的内容可以看之前的那篇讲述DDS上变频的文章，Xilinx称之为DDS，Altera称之为NCO。

为了方便板上验证，这里使用NCO产生基带信号，模拟整体过程。

使用50M时钟，NCO的相位精度为32，基带信号使用200kHz频率，算出的频率控制字为17179869；输出的基带信号位宽为16位；载波设为20MHz信号。输出的基带信号转为载波频率控制字的变化量，需要乘上一个倍数，倍数关系大致为：

将数值带入，算出倍乘因子是131。这里的倍数控制调制深度，不宜设的过大。将算出的数值与载波的频率控制字相加，代码如下：

module phi_control2(
       input clk,
       input rst,
       input [26:0]sig_phi,
       output reg [31:0]phi
       );
 parameter phi_t =171798691 ; //
 
 //assign phi = phi_t + {{5{sig_phi[26]}},sig_phi};
 always @ (posedge clk or posedge rst)
 begin
  if (rst)
   phi <= 'd0;
  else
   phi <= phi_t + {{5{sig_phi[26]}},sig_phi};
 end
endmodule

由于变化量的数值与频率控制字不是相同位宽，而且变化量的值是有符号数，所以需要进行符号位扩展，将两个参数的位宽补至相同。将最终的频率控制字送入NCO，输出的就是FM调制信号。

SignaltapII 抓取的FM调制图

将数据保存为txt，在matlab读取并做频谱分析，结果如图，截位肯定会损失精度。

调制的结构图如下图所示：