Figures
XAPP1113 (v1.0) November 21, 2008 www.xilinx.com 5
R
Figures Figure 1. Generic DUC architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Figure 2. Generic DDC Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Figure 3. Virtex-5 FPGA DSP48E Block Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Figure 4. Two-Stage Mixing of Multi-Carrier Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Figure 5. Block Diagram of the DDS Compiler Block . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Figure 6. SFDR Performance of Taylor Series Corrected DDS with Swept Frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Figure 7. DDS Compiler Token and GUI in System Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Figure 8. Single MAC FIR Filter Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Figure 9. FIR Compiler Token and GUI in System Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Figure 10. CIC Component Stages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Figure 11. CIC Decimation and Interpolation Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Figure 12. Example CIC Magnitude Response Plot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Figure 13. CIC passband Aliasing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Figure 14. CIC Passband Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figure 15. Illustration of Passband Droop Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Figure 16. CIC Compiler Token and GUI in System Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Figure 17. GSM Transmission Spectral Mask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Figure 18. Spectrum of GMSK Modulated Signal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 19. Scatter Plot of GMSK Modulated Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Figure 20. Eye Diagram of GMSK Modulated Data, Illustrating Frequency Trajectories . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Figure 21. Spectral Comparison of GSM and EDGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figure 22. 3-Stage CIC-Based DUC Filtering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Figure 23. Magnitude Response of CIC Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Figure 24. Magnitude Response of CFIR Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Figure 25. Passband Zoom Overlay of CIC, CFIR, and Combined Frequency Responses . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Figure 26. Overall DUC Filter Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Figure 27. Overlay of DUC Filter Responses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Figure 28. CFIR Output Power Spectral Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figure 29. CIC Filter Output Power Spectral Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Figure 30. PSD of DDS Generated Carriers vs. Ideal Sinusoidal Carriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Figure 31. Single Carrier Mixed with -900 kHz Carrier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Figure 32. Power Spectral Density for Multi-Carrier GSM Waveform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Figure 33. Top-Level Block Diagram for MC-GSM DUC Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Figure 34. Virtex-5 Mixer FPGA Implementation in System Generator Software. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Figure 35. Complex Mixer Implementation with Cascaded DSP48 Slices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Figure 36. Comparative Analysis of CFIR Output Results – Exact Match . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Figure 37. Comparative Analysis of Up-Mixed Multi-Carrier Signal – Exact Match . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figure 38. Zoom of Up-Mixed Multi-Carrier Signal Comparison. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Figure 39. Relaxed GSM Reception Spectral Mask . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Figure 40. 3-Stage CIC-Based DDC Filtering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Figure 41. Magnitude Response of CIC Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Figure 42. Magnitude Response of CFIR Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Figure 43. Passband Zoom Overlay of CIC, CFIR, and Combined Frequency Responses . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Figure 44. Magnitude Response of PFIR Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Figure 45. Overall DUC Filter Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Figure 46. Overlay of DDC Filter Responses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Figure 47. DDC Input Signal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 52
Figure 48. PSD of DDS Generated Carriers vs. Ideal Sinusoidal Carriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Figure 49. Received Signal Spectra Shifted by -900 kHz and +300 kHz Carriers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Figure 50. CIC Filter Output Power Spectral Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Figure 51. CFIR Output Power Spectral Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Figure 52. PFIR Output Power Spectral Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Figure 53. Top-Level Block Diagram for MC-GSM DDC Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Figure 54. Virtex-5 FPGA Mixer Implementation in System Generator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Figure 55. Comparative Analysis of Down-Mixed Signal, Channel 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Figure 56. Zoom of Down-Mixed Signal Comparison, Channel 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Figure 57. Comparative Analysis of CIC Output Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Figure 58. Comparative Analysis of CFIR Output Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Figure 59. Comparative Analysis of PFIR Output Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Figure 60. MRI Scanner Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Figure 61. MRI Pre-amplifier and Converter Context . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Figure 62. MRI DDC CIC Frequency Response. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Figure 63. CFIR Frequency Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Figure 64. Combined Frequency Response of Filter Cascade. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
Figure 65. Passband Zoom of Compensated Frequency Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Figure 66. Single Channel DDC for MRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Figure 67. 8-Channel DDC for MRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73