寬帶接收是快速發(fā)現(xiàn)、全景監(jiān)控短波頻段信號(hào)的基礎(chǔ)，它的出現(xiàn)為接收跳頻、擴(kuò)頻等快速?gòu)?fù)雜的信號(hào)提供了一種很好的解決方案。高性能中頻數(shù)字處理模塊是寬帶信號(hào)接收系統(tǒng)的重要組成部分，如何高效地從寬帶中頻數(shù)據(jù)流中提取出系統(tǒng)感興趣的窄帶信號(hào)是本模塊所要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。
1 系統(tǒng)主要組成部分
1.1 實(shí)現(xiàn)功能
　　本設(shè)計(jì)采用二級(jí)DDC的方案，第一級(jí)寬帶DDC采用專用DDC芯片技術(shù)，以降低系統(tǒng)對(duì)射頻前端和信號(hào)處理的要求，提高接收系統(tǒng)中頻的選擇性能。第二級(jí)DDC則利用DSP技術(shù)和多相" title="多相">多相濾波高效算法實(shí)現(xiàn)了在單片DSP(TS101)中同時(shí)提取四路窄帶中頻數(shù)字信號(hào)的功能。采用大容量數(shù)據(jù)緩沖池，保證了關(guān)鍵報(bào)頭的捕獲。其硬件平臺(tái)如圖1所示。
1.2 工作流程
　　如圖1所示，模擬中頻信號(hào)輸入到AD6652，主機(jī)控制DSP(TS101S)，通過(guò)軟件改變AD6652的下變頻參數(shù)，完成A/D" title="A/D">A/D變換與第一級(jí)DDC抽取，之后數(shù)據(jù)通過(guò)與TS101S互接的高速Link口輸入DSP；DSP對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，抽出窄帶信號(hào)輸出到后端進(jìn)行處理。為了避免處理中丟失報(bào)頭，數(shù)據(jù)在輸入到TS101S處理的同時(shí)通過(guò)DMA通道儲(chǔ)存到SDRAM緩存一段時(shí)間以便查找。

　　(1) TS101S 簡(jiǎn)介
　　本模塊中ADC采樣頻率為40MHz , 經(jīng)第一級(jí)DDC后輸出到DSP。DSP對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)主機(jī)指定的多個(gè)信號(hào)中心頻率同時(shí)實(shí)現(xiàn)四路軟件DDC。從帶寬為500kHz的信號(hào)中輸出帶寬為125Hz～3kHz的信號(hào)，需要DSP具有很高的運(yùn)算能力，故選用 ADSP—TS101S。
　　TS101S 是AD公司新近推出的高性能浮點(diǎn)DSP，具有極高的處理能力，峰值浮點(diǎn)性能1800MFLOPS，主頻可達(dá)250MHz或300MHz；TigerSHARC靜態(tài)超標(biāo)量結(jié)構(gòu)使DSP每周期能夠執(zhí)行多達(dá)4條指令、24個(gè)16位定點(diǎn)運(yùn)算和6個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算；3條相互獨(dú)立的128位寬的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，每條連接了3個(gè)2Mbit內(nèi)部存儲(chǔ)器塊中的一個(gè)，提供4字(word)的數(shù)據(jù)、指令及I/O" title="I/O">I/O訪問(wèn)和14.4Gbps的內(nèi)部存儲(chǔ)器帶寬；此外還有4個(gè)8bit全雙工高速Link口，每個(gè)Link口傳輸率達(dá)到250Mbps，可以方便靈活地進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。
　　(2) AD6652簡(jiǎn)介
　　AD6652是ANALOG公司的高速AD&DDC器件，它包含1個(gè)集成雙通道并具有12 位精度的ADC和1個(gè)集成4通道并具有最高帶寬為120kHz(單通道)的DDC。由于該器件內(nèi)部高速采樣保持電路性能優(yōu)良，故適合帶通采樣。
　　ADC 為差分輸入，最高采樣率為65MSPS，最高模擬輸入信號(hào)頻率為200MHz。DDC 為矩陣輸入，輸入更加靈活，減少了交叉連接產(chǎn)生的寄生信號(hào)；同時(shí)可以根據(jù)應(yīng)用的不同在CIC5 濾波后進(jìn)行多相合并，增加帶寬；在后端有數(shù)字AGC 功能，適合于ADC 的寬帶輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)DDC變成幾路窄帶信號(hào)后的增益調(diào)整。ADC 的數(shù)據(jù)輸出在內(nèi)部直接連接到接收器的DDC 的輸入矩陣，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，減少了交叉連接產(chǎn)生的寄生信號(hào)，大大改善了中頻數(shù)字處理模塊的性能，具有并行數(shù)據(jù)和Link口兩種輸出方式。
　　(3) 數(shù)據(jù)緩沖池
　　TS101S內(nèi)部集成了一個(gè)ＳＤＲＡＭ控制器，能夠直接驅(qū)動(dòng)最大容量為256MB的外部ＳＤＲＡＭ。本設(shè)計(jì)采用MICRON公司的128M DIMM168內(nèi)存條MT4LSDT1664AG作為數(shù)據(jù)緩沖池。
　　AD6652到數(shù)據(jù)緩沖池的數(shù)據(jù)傳輸采用TS101S的FLYBY模式：數(shù)據(jù)從外部I/O設(shè)備通過(guò)TS101S的DMA通道直接輸入SDRAM，不涉及核操作，非常經(jīng)濟(jì)。采用FLYBY模式實(shí)現(xiàn)高速緩存示意圖如圖2所示。

　　(4) 軟件接收機(jī)模塊
　　AD6652處理后輸出的信號(hào)帶寬為500kHz，在TS101S中進(jìn)行第二級(jí)DDC處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)四路軟件DDC，最終輸出的信號(hào)帶寬為125Hz～3kHz。
　　本模塊采用多相濾波方式實(shí)現(xiàn)第二級(jí)DDC，每一路DDC分三級(jí)FIR濾波器。
　　當(dāng)FIR濾波器為r階，則轉(zhuǎn)移函數(shù)為：

　　利用多采樣率系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)的等效變換原理,將濾波器多相分析分量與抽取操作進(jìn)行如圖3 所示的互換,這種互換對(duì)系統(tǒng)特性不做任何改變,卻大大減少了運(yùn)算量。運(yùn)用這種多相分解使濾波器的濾波操作運(yùn)算量減少到原來(lái)的1/M。

　　(5) 數(shù)據(jù)通訊
　　中頻處理模塊與主控計(jì)算機(jī)通過(guò)HOST接口通訊，通過(guò)TS101S的高速Link口將抽取的窄帶數(shù)據(jù)送入后端處理。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)
　　本模塊的電源共四種，分別為1.2V、2.5V、3V、3.3V。其中，為數(shù)字電路供電的有1.2V、3.3V、2.5V三種，為模擬電路供電的有1.2V和3V兩種。為了保證系統(tǒng)正常工作，模擬電路和數(shù)字電路的電源分別提供。
　　為了保證輸入“潔凈”的電源，在緊貼AD6652和TS101S的電源引腳處用兩個(gè)電容進(jìn)行高頻濾波；地分為數(shù)字地與模擬地，并通過(guò)一個(gè)磁珠單點(diǎn)連接。
　　TS101S要求核供電不能晚于I/O供電，故對(duì)TS101S核和I/O供電分別由兩個(gè)電源提供。TS101S供電設(shè)計(jì)如圖4所示。

2.2 時(shí)鐘設(shè)計(jì)
　　時(shí)鐘設(shè)計(jì)對(duì)于系統(tǒng)是十分重要的。本設(shè)計(jì)中使用同一個(gè)時(shí)鐘源，通過(guò)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片IDT49FCT3805統(tǒng)一供給所有器件。時(shí)鐘線應(yīng)做到基本等長(zhǎng)且盡量短，并通過(guò)阻抗匹配，提供一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)鐘基準(zhǔn)，如圖5所示。

2.3 系統(tǒng)的復(fù)位設(shè)計(jì)
　　本系統(tǒng)中需要復(fù)位的有TS101S和AD6652，TS101S對(duì)復(fù)位的要求較高，其復(fù)位設(shè)計(jì)如下：
　　(1)上電復(fù)位
　　上電復(fù)位時(shí)序如圖6所示。

　　DSP要求上電且strap選項(xiàng)穩(wěn)定后，reset引腳必須保持至少2ms的低電平，然后產(chǎn)生高脈沖至少50個(gè)時(shí)鐘周期(最大100個(gè)時(shí)鐘周期)，再次為低有效，要求維持至少100個(gè)時(shí)鐘周期。
　　(2)正常復(fù)位(上電穩(wěn)定后的熱復(fù)位)
　　復(fù)位時(shí)序如圖7所示。

　　DSP的正常復(fù)位要求RESET引腳必須保持至少100個(gè)時(shí)鐘周期，strap選項(xiàng)穩(wěn)定后，RESET引腳必須保持至少2ms的低電平。
　　(3)對(duì)TS101S兩種復(fù)位的處理
　　對(duì)上電復(fù)位采用CPLD來(lái)實(shí)現(xiàn)，熱復(fù)位用按鍵人工復(fù)位，也在CPLD中一并配置實(shí)現(xiàn)。復(fù)位邏輯電路如圖8所示。

3 硬件設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問(wèn)題
　　(1)高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)，如果時(shí)鐘信號(hào)不由外部提供，最好只使用一個(gè)時(shí)鐘源，驅(qū)動(dòng)后分配給各所需的部分。注意將時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片置于適當(dāng)位置，使輸出時(shí)鐘線基本等長(zhǎng)。時(shí)鐘芯片下應(yīng)大面積鋪地，并避免離信號(hào)線太近。
　　(2)電源輸入時(shí)應(yīng)加多個(gè)旁路電容，提高系統(tǒng)配電的質(zhì)量，降低共模射頻能量并進(jìn)行電源濾波。TS101S和AD6652接入電源前，需緊貼芯片在電源腳和地腳之間直接接去耦電容；芯片周圍布上電網(wǎng)，以減少外界干擾。設(shè)計(jì)中應(yīng)區(qū)分?jǐn)?shù)字和模擬電路并分別供電，數(shù)字地和模擬地之間通過(guò)磁珠單點(diǎn)連接。這樣可以最大限度保障模擬電源不受污染，這是保證系統(tǒng)正常工作的重要條件。
　　(3)在TS101S電路中，對(duì)所有的輸入信號(hào)必須有明確的處理，不能懸浮或置之不理。
　　(4)對(duì)A/D 部件的設(shè)計(jì)必須保證其功能和性能的實(shí)現(xiàn)。AD6652可同時(shí)進(jìn)行兩路A/D 轉(zhuǎn)換，每個(gè)A/D通道模擬信號(hào)采用差分輸入，額定模擬輸入電壓的最大范圍的峰－峰值為1V。為了獲得較好的動(dòng)態(tài)性能，2個(gè)差分輸入端的阻抗必須匹配，常采用變壓器匹配的方法。AD6652的差分輸入電路如圖9所示。