數(shù)字下變頻器HSP50214B在中頻數(shù)字接收機(jī)中的

1 引言
    軟件無(wú)線電技術(shù)在偵察接收機(jī)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，新型雷達(dá)和通信偵察裝備的數(shù)字接收機(jī)大多由軟件無(wú)線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)。軟件無(wú)線電的目標(biāo)是將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于接近天線的器件上，從而在其輸出端直接數(shù)字化射頻信號(hào)，提高系統(tǒng)的靈活性。超高速A／D采樣器件為實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的無(wú)線電技術(shù)提供了可能，但同時(shí)對(duì)DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)的處理速度提出過(guò)高的要求。因此，將射頻信號(hào)變頻到中頻再進(jìn)行采樣，數(shù)字信號(hào)經(jīng)專用數(shù)字下變頻器DDC(Digital Down Converter)完成信號(hào)下變頻和抽樣處理后再送給DSP處理，則可大大減輕DSP的信號(hào)處理負(fù)擔(dān)。這里介紹專用數(shù)字下變頻器HSP50214B在中頻數(shù)字接收機(jī)中的應(yīng)用。

2 數(shù)字下變頻器HSP50214B的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
    HSP50214B是Intersil公司生產(chǎn)的可編程數(shù)字下變頻器件。該器件可將數(shù)字信號(hào)的載波頻率進(jìn)一步降低，甚至降到基帶(即載波頻率為0 Hz)；還可抽取輸入的數(shù)字信號(hào)，在允許限度內(nèi)可降低數(shù)據(jù)量，使信號(hào)能夠被DSP實(shí)時(shí)有效的處理，功能強(qiáng)大。其輸出信號(hào)直接送至DSP進(jìn)行后續(xù)處理，包括解調(diào)、解碼和協(xié)議控制等。圖1為HSP50214B數(shù)字下變頻器的結(jié)構(gòu)框圖。HSP50214B數(shù)字下變頻器的主要功能單元：

 (1)輸入單元其電平檢測(cè)單元選取一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，比較并累積該段數(shù)據(jù)的絕對(duì)值與預(yù)設(shè)門限電平的誤差，該誤差累積量可由外部接口讀出，進(jìn)行外部自動(dòng)增益控制。
    (2)載波NCO單元該單元輸出具有一定頻率和初始相位的正、余弦兩路信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的正交混頻。產(chǎn)生I／O通道數(shù)據(jù)。
    (3)濾波抽取單元級(jí)聯(lián)積分梳狀(CIC)濾波抽取組、半帶(HB)濾波抽取組、255階FIR濾波器組成抽取／低通濾波器，實(shí)現(xiàn)低通濾波和數(shù)據(jù)抽取；重采樣多相濾波器進(jìn)行分?jǐn)?shù)倍采樣的轉(zhuǎn)換，使整個(gè)抽取系統(tǒng)的輸出速率能滿足特殊場(chǎng)合的要求。
    (4)增益控制單元AGC為內(nèi)部增益控制，檢測(cè)DDC幅度輸出和預(yù)設(shè)門限之間的誤差，從而調(diào)整FIR濾波器的輸出增益，以提高小信號(hào)的增益并減少多級(jí)抽取造成的幅度衰減。
    (5)坐標(biāo)變換單元直坐標(biāo)到極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字鑒頻器共同完成對(duì)各類幅度、頻率和相位調(diào)制信號(hào)的解調(diào)。
    (6)輸出單元有直接串行輸出、直接并行輸出和先入先出(FIFO)3種輸出方式，可提供同相分量、正交分量、瞬時(shí)幅度、瞬時(shí)相位和瞬時(shí)頻率等5種輸出數(shù)據(jù)類型，可根據(jù)調(diào)制方式和DSP的接口方式選擇合適的輸出方式。
    (7)控制接口單元通過(guò)接口數(shù)據(jù)總線C[7：0]、地址總線A[2：0]和讀，寫信號(hào)WR／RD實(shí)現(xiàn)控制字及相應(yīng)參數(shù)的寫入和內(nèi)部寄存器內(nèi)容及狀態(tài)信息的讀出。

3 HSP50214B電路設(shè)計(jì)及接口配置
    在偵察接收機(jī)中實(shí)現(xiàn)數(shù)字中頻濾波，數(shù)字下變頻器是關(guān)鍵部分，嵌入式處理器可配置中頻數(shù)字接收機(jī)中的數(shù)字下變頻器并接收數(shù)據(jù)。接收機(jī)系統(tǒng)首先預(yù)處理中頻信號(hào)，然后經(jīng)A/D采樣器進(jìn)行中頻帶通采樣，采樣信號(hào)通過(guò)HSP50214B實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻，將中頻信號(hào)搬移到基帶，最后送給DSP處理器進(jìn)行解調(diào)、解擴(kuò)。圖2為數(shù)字下變頻器HSP50214B的主要接口電路。

    經(jīng)前端預(yù)處理后的模擬中頻信號(hào)(IF信號(hào))送至A／D采樣器進(jìn)行轉(zhuǎn)換采樣，采用ANALOG公司的AD9245A／D采樣器，其輸出是14位，最高采樣速率可達(dá)80 MHz，輸入范圍大，功耗低，性價(jià)比高。由于HSP50214B的輸入為14位，所以將AD9245的14位輸出接到HSP50214B的14位輸入即可。HSP50214B的CLKIN引腳與AD9245的時(shí)鐘相連，每個(gè)CLKIN時(shí)鐘到達(dá)就對(duì)其輸入數(shù)據(jù)采樣1次。CLKIN的時(shí)鐘信號(hào)可達(dá)65 MHz，PROCLK時(shí)鐘是混頻后的處理時(shí)鐘最高不能超過(guò)CLKIN時(shí)鐘。
    采用CPLD電路控制數(shù)據(jù)的讀出、寫入、寄存器選擇等信號(hào)。8位控制接口數(shù)據(jù)總線C[7：0]接TMS320VC5402型DSP的D端口，3位寄存器地址線A[2：0]接CPLD的P1．2～P1．0。
    CPLD是Ahera公司MAX7000系列中的EPM7128器件，可將I／O設(shè)置在3．3 V或5 V電源下工作，從而實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，同時(shí)滿足5 V器件HSP50214B和3．3 V器件TMS320VC5402的電壓要求。
    設(shè)置HSP50214B為并行直接輸出模式，輸出I、Q兩路正交分量，16位并口AOUT[15：0]輸出同相分量，BOUT[15：0]輸出正交分量。 DATARDY丙引腳通過(guò)CPLD與TMS320VC5402的中斷引腳INTO相連，當(dāng)AOUT端口產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)時(shí)，DATARDY產(chǎn)生的負(fù)脈沖觸發(fā) DSP產(chǎn)生中斷信號(hào)，由其中斷服務(wù)程序接收并處理數(shù)據(jù)。DSP響應(yīng)數(shù)字下變頻器產(chǎn)生的中斷時(shí)，分時(shí)并行接收數(shù)據(jù)，依次在下變頻器的AOUT和BOUT兩個(gè)輸出端接收同相與正交分量。這兩個(gè)端口分別被映射為I／O空間的兩個(gè)地址，當(dāng)DSP對(duì)這兩個(gè)地址讀操作，通過(guò)CPLD進(jìn)行譯碼，分別使能AOUT和 BOUT，數(shù)據(jù)即可順利被DSP讀取，從而進(jìn)行各種后續(xù)的基帶處理。

4 HSP50214B控制字的設(shè)置
    HSP50214B共有256個(gè)32位的控制字寄存器，其偏移地址是000H~0FFH，控制字決定各功能模塊的參數(shù)設(shè)置，如載波中心頻率、濾波器階數(shù)、 255階FIR濾波器系數(shù)、抽取因子、輸出格式與方式的選擇等。用戶通過(guò)控制接口可寫入控制字，也可瀆出某些內(nèi)部寄存器的內(nèi)容及狀態(tài)信息，如電平檢測(cè)是否完成等。TMS320VC5402通過(guò)HSP50214B的微處理器接口設(shè)置內(nèi)部寄存器參數(shù)。HSP50214B通過(guò)寫入控制字實(shí)現(xiàn)解調(diào)，每個(gè)控制字是 32位，每次只能通過(guò)數(shù)據(jù)總線接口C[7：0]寫入8位控制字，需通過(guò)地址線A[2：0]選擇寫入控制字的高低位，連續(xù)寫4次，圖3為其加載時(shí)序。對(duì)控制字寫操作的步驟為：

    (1)按字節(jié)由低到高的順序，把32位的控制字分為4組，每組8位數(shù)據(jù)，在每次寫選通(WR)信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)，依次把4組數(shù)據(jù)裝載到 HSP50214B主控制器的相應(yīng)位上，對(duì)應(yīng)地址用二進(jìn)制表示分別為000、001、010、011(000：保持寄存器1．001：保持寄存器2， 010：保持寄存器3，011：保持寄存器4)；
    (2)在寫選通(WR)信號(hào)的第5個(gè)上升沿到來(lái)時(shí)，將主控制器中接收到的數(shù)據(jù)裝入目標(biāo)寄存器并鎖存，此時(shí)，裝載目標(biāo)寄存器的地址到100，即A(2：0)=100；
    (3)寫完1個(gè)控制字后，必須等待4個(gè)處理時(shí)鐘才能寫下一個(gè)控制字，以保證數(shù)據(jù)裝載成功。只有控制字被正確寫入，HSP50214B參數(shù)選擇合理，解調(diào)的信號(hào)才不會(huì)嚴(yán)重失真。

5 測(cè)試分析
    實(shí)際應(yīng)用可根據(jù)偵察接收機(jī)接收信號(hào)類型需求，設(shè)置各寄存器的參數(shù)，包括CIC、AGC、串并口、輸出格式、濾波器的系數(shù)等，靈活設(shè)置下變頻。模塊加電時(shí)，DSP初始化過(guò)程中將各寄存器的參數(shù)設(shè)置到HSP50214B的目的寄存器?？蓪?duì)不同調(diào)制方式信號(hào)實(shí)現(xiàn)靈活解調(diào)分析，具有適應(yīng)性強(qiáng)、軟件升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)DSP仿真器進(jìn)行硬件仿真測(cè)試，其結(jié)果符合理論計(jì)算數(shù)值，在1．3 MHz的帶寬范圍內(nèi)，鏡像抑制比均在110 dB以上；當(dāng)鏡像抑制比為110 dB時(shí)，I、Q兩路所對(duì)應(yīng)幅度的相對(duì)誤差小于0．25％，相位正交性誤差小于0．1°，可滿足高端偵察接收機(jī)高性能信號(hào)處理的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)
    HSPS0214B數(shù)字下變頻器在軟件無(wú)線電中具有結(jié)構(gòu)開(kāi)放、軟件可編程及功能多樣等特點(diǎn)，在軍事及民用數(shù)字接收機(jī)中都有巨大的應(yīng)用潛力，它可使接收機(jī)系統(tǒng)具有良好的靈活性及可擴(kuò)展性。