摘? 要: 介紹了AD公司推出的數(shù)字信號處理器AD6620的工作原理,結(jié)合中頻數(shù)字化直擴(kuò)接收機(jī)的實(shí)現(xiàn),分析了其工作參數(shù)設(shè)置,對AD6620的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。?
關(guān)鍵詞: AD6620? 中頻數(shù)字化? 直擴(kuò)數(shù)字接收機(jī)
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軟件無線電" title="軟件無線電">軟件無線電的核心思想就是將寬帶A/D盡可能地靠近射頻天線以便將接收到的模擬信號盡可能早地數(shù)字化,盡量在統(tǒng)一的硬件平臺上通過不同的軟件來實(shí)現(xiàn)無線電臺的各種功能。直接在射頻端實(shí)現(xiàn)信號的數(shù)字化,現(xiàn)有的器件根本無法滿足后續(xù)處理要求,特別是對于直接序列擴(kuò)頻數(shù)字接收機(jī)。目前一般采用中頻數(shù)字化方案,后端的中頻數(shù)字信號處理單元采用可重構(gòu)性的器件完成信號的處理,系統(tǒng)保留了軟件無線電接收機(jī)的通用、靈活、開放等優(yōu)點(diǎn)。?
AD6620是美國AD公司最近推出的一種數(shù)字接收信號處理芯片,功能強(qiáng)大,特別適合于高速信號數(shù)字下變頻的實(shí)現(xiàn)。?
1 AD6620芯片?
AD6620主要有如下特征:16位線性比特補(bǔ)碼輸入(另加3bit指數(shù)輸入);單信道實(shí)數(shù)輸入模式最大輸入數(shù)據(jù)速率" title="數(shù)據(jù)速率">數(shù)據(jù)速率高達(dá)67MSPS,雙信道實(shí)數(shù)輸入模式與單信道復(fù)數(shù)輸入模式最大輸入數(shù)據(jù)速率高達(dá)33.5MSPS;具有可編程抽取FIR濾波器與增益控制,抽取率在2～16384之間可編程;輸出具有并行、串行兩種輸出模式,并行模式為16比特補(bǔ)碼輸出。?
AD6620的原理框圖如圖1所示。內(nèi)部信號處理單元由四個串聯(lián)單元組成,分別為:頻率變換單元、二階固定系數(shù)梳狀濾波抽取濾波器" title="抽取濾波器">抽取濾波器(CIC2)單元、五階固定系數(shù)梳狀濾波抽取濾波器(CIC5)單元和一個系數(shù)可編程的RAM系數(shù)抽取濾波器(RCF)單元。?
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1.1 頻率變換器?
頻率變換器的作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻(DDC),頻率變換器由兩個16bit乘法器和32bit的數(shù)控振蕩器(NCO)組成,數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的本振信號頻率分辨率可達(dá)fSAMP/232,可產(chǎn)生(-fSAMP/2～+fSAMP/2)的本振信號。NCO利用數(shù)字頻率合成器(DDS),由頻率控制字" title="控制字">控制字寄存器、相位控制字寄存器、相位累加器和正弦查找表組成,可以靈活地控制本振信號的振蕩頻率和初始相位。?
為了提高NCO的雜散性能,AD6620提供了相位抖動與幅度抖動選項。?
1.2 CIC2抽取濾波器?
CIC2濾波器是一個固定系數(shù)抽取濾波器,最高輸入數(shù)據(jù)速率為67MHz。抽取率的取值范圍為1～16的整數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)時鐘fCLK是輸入數(shù)據(jù)速率的兩倍或更多倍時,可以通過設(shè)置屏蔽此工作模塊,否則最小只能設(shè)置為2。?
1.3 CIC5抽取濾波器?
CIC5是一個5階固定參數(shù)抽取濾波器,它的濾波特性曲線比CIC2的更為陡峭。CIC5抽取濾波器的抽取率可以取1～32范圍的任何整數(shù)值。當(dāng)抽取率為1時,CIC5被屏蔽。?
1.4 RAM系數(shù)濾波器?
RAM系數(shù)濾波器是AD6620中最后一個信號處理功能模塊,它是一個積和形式的、系數(shù)可編程的濾波器,簡化框圖如圖2所示。?
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數(shù)據(jù)存儲器I-RAM、Q-RAM存儲了256個有CIC5濾波器輸出的最新復(fù)數(shù)位采樣值,數(shù)據(jù)位寬度為20Bit。在同一個時鐘周期,I路和Q路可以使用相同的系數(shù)作為濾波器系數(shù)進(jìn)行計算,也可以選用不同的系數(shù)進(jìn)行計算。I、Q路累加器輸出數(shù)據(jù)位寬為23bit。抽取率可以取1～256的整數(shù)值。?
2 AD6620工作參數(shù)的配置?
AD6620的初始化可以由外部控制單元" title="控制單元">控制單元通過AD6620的微處理器接口進(jìn)行,完成工作模式、NCO參數(shù)、濾波器參數(shù)等的設(shè)置。外部控制單元還可以通過微處理器接口對AD6620內(nèi)部寄存器進(jìn)行動態(tài)的讀寫,實(shí)現(xiàn)對AD6620的動態(tài)實(shí)時控制。外部控制單元根據(jù)AD6620的輸出結(jié)果,通過對AD6620進(jìn)行動態(tài)的控制,完成輸入輸出信號幅度、NCO頻率與相位的調(diào)整,實(shí)現(xiàn)載波同步以及自動增益控制。?
AD6620的微處理器接口有兩種模式:MODE0與MODE1,二者可以通過mode的管腳進(jìn)行選擇。在MODE0模式下對內(nèi)部寄存器進(jìn)行寫操作工作時序如圖3所示。當(dāng)一個寫操作執(zhí)行時,RDY在WR和CS變低后立即變低,直到寫數(shù)據(jù)完成后的第一個時鐘的上升沿再變高。在寫完一個數(shù)據(jù)后,CS必須變高后,才能進(jìn)行下一個數(shù)據(jù)的寫操作。在MODE1模式下對內(nèi)部寄存器進(jìn)行寫操作工作時序如圖4所示。R/W和DS變低后,開始執(zhí)行一個寫操作時,DTACK在數(shù)據(jù)已經(jīng)被鎖存后立即變低,直到DS信號變高后DTACK才變高,完成一個寫操作。?
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初始化時如果外部控制單元選擇的時鐘比AD6620的主時鐘低,則對時序的要求較低,外部控制單元與AD6620的主時鐘并不要求同步。如外部控制單元選擇的工作時鐘比AD6620的主時鐘高,則對時序的要求很高,必須注意二者的同步關(guān)系,或者外部控制單元進(jìn)行操作時要插入一些等待周期。?
3 具體應(yīng)用分析?
在某型號的通信與定位系統(tǒng)中,選用AD6620與FPGA構(gòu)建了直擴(kuò)數(shù)字化接收機(jī)的平臺,其中頻數(shù)字化處理單元的組成框圖如圖5。其中AD6620完成數(shù)字中頻信號到零中頻的搬移,FPGA完成偽碼的捕獲、跟蹤以及信號的解調(diào),FPGA的選擇可根據(jù)具體需要選擇Xilinx公司的Vertex-E系列芯片。同時FPGA要根據(jù)AD6620的輸出結(jié)果對AD6620中數(shù)控振蕩器NCO的載波頻率控制字、相位控制字進(jìn)行修改,實(shí)現(xiàn)載波同步。89C51控制單元完成AD6620 的初始化,同時還可以對AD6620動態(tài)實(shí)時地進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)自動增益的控制。?
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89C51控制單元的工作時鐘比AD6620的工作時鐘要低得多,初始化時對二者的時鐘同步?jīng)]有什么特殊要求。而FPGA內(nèi)部的工作時鐘要比AD6620的主時鐘高得多,故在對AD6620中數(shù)控振蕩器NCO的載波頻率控制字、相位控制字進(jìn)行修改時,系統(tǒng)在FPGA發(fā)出操作指令后需要插入若干等待周期,以保證二者之間正確的時序關(guān)系,實(shí)現(xiàn)FPGA對AD6620內(nèi)部控制字的正確修改。?
??? 實(shí)驗(yàn)表明, 采用AD6620完成高速數(shù)字直擴(kuò)接收機(jī)的數(shù)字下變頻,可有效地降低設(shè)備的復(fù)雜性、縮短開發(fā)周期,提高設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和靈活性?；贏D6620與FPGA構(gòu)成的中頻數(shù)字化直擴(kuò)接收機(jī)已初步完成了通用數(shù)字化接收機(jī)的功能,為最終實(shí)現(xiàn)軟件無線電奠定了基礎(chǔ),具有廣闊的應(yīng)用前景。?
參考文獻(xiàn)?
1 AD6620 Datasheet.Analog Devices.2001.?
2 朱 江,張爾揚(yáng). 基于軟件無線電的CDMA系統(tǒng)中基站接收單元的實(shí)現(xiàn).移動通信,2000;224(3)?
3 查光明. 擴(kuò)頻通信.西安:西安電子科技大學(xué)出版,1990.?
4 XILINX公司.The Programmable Logic Data Book 2001.2001?