HSP50214BPDC及其在軟件無線電中的應(yīng)用
１ 結(jié)構(gòu)組成與工作機(jī)理
ＨＳＰ５０２１４Ｂ可大體分為１３個功能模塊：同步電路、輸入模塊、輸入電平檢測、變頻模塊（正交混頻器與數(shù)控振蕩器）、ＣＩＣ（ＣａｓｃａｄｅｄＩｎｔｅｇｒａｔｏｒ－Ｃｏｍｂ）抽取濾波器、ＨＢ（Ｈａｌｆ－ｂａｎｄ）抽取濾波器、２５５階可編程ＦＩＲ濾波器、自動增益控制器（ＡＧＣ）、重采樣與ＨＢ內(nèi)插濾波器、定時數(shù)控振蕩器、坐標(biāo)變換器、鑒頻（幅）模塊和輸出模塊。圖１為ＨＳＰ５０２１４Ｂ的功能組成框圖。
從其結(jié)構(gòu)組成可見，ＨＳＰ５０２１４Ｂ可以完成通常ＤＤＣ所應(yīng)具有的三大功能：一是頻率變換；二是采樣率壓縮（抽?。蝗菫V波整形。其中的變頻功能由圖１中所示的正交混頻器完成，抽取和濾波功能則由圖１中所示的ＣＩＣ抽取濾波器、ＨＢ抽取濾波器、２５５階ＦＩＲ抽取濾波器、重采樣和ＨＢ內(nèi)插（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）濾波器級聯(lián)完成。事實上，這里的變頻和低通濾波合在一起就是帶通信號的正交調(diào)制過程[５]。而其中的抽取功能實際上是通過采樣率變換的多級級聯(lián)實現(xiàn)的。就系統(tǒng)所需的運算量和存儲量來說，采樣率變換的多級實現(xiàn)通常要比單級實現(xiàn)更有效[５]。因此，ＨＳＰ５０２１４Ｂ工作機(jī)理的理論淵源就是帶通信號的正交調(diào)制理論和采樣率變換的多級實現(xiàn)理論。除了上述的三大功能以外，ＨＳＰ５０２１４Ｂ還可以完成諸如自動增益控制、片內(nèi)和片間的同步控制、載波和碼元跟蹤以及對部分常規(guī)通信信號的解調(diào)等功能。
２ 引腳描述與技術(shù)特性
ＨＳＰ５０２１４Ｂ是一個超大規(guī)模集成芯片，共有１２０個引腳，各引腳的說明如表１所示。
表1 HSP50214B 可編程下變頻器的引腳說明
| 引腳 | 說明 | 引腳 | 說明 |
| Vcc | 電源輸入正電壓 | OEAH | AOUT總線高字節(jié)位輸出使能 |
| GND | 接地 | OEAL | AOUT總線低字節(jié)位輸出使能 |
| CLKIN | 輸入時鐘 | OEBL | BOUT總線高字節(jié)位輸出使能 |
| IN(13:0) | 輸入數(shù)據(jù) | OEBH | BOUT總線低字節(jié)位輸出使能 |
| ENI | 輸入使能 | COF | 載頻補(bǔ)償輸入 |
| GAINADJ(2:0) | 增益調(diào)整輸入 | COFSYNC | 載頻補(bǔ)償同步輸入 |
| PROCCLK | 芯片后端處理時鐘 | SOF | 重采樣補(bǔ)償頻率輸入 |
| AGCGNSEL | AGC增益選擇 | SOFSYNC | 重采樣補(bǔ)償頻率同步輸入 |
| SEROUTA | 串行輸出總線A | SEL | 輸出數(shù)據(jù)地址選擇線 |
| SEROUTB | 串行輸出總線B | C(7:0) | 與微處理器接口的數(shù)據(jù)總線 |
| SERCLK | 串行數(shù)據(jù)輸出時鐘 | A(2:0) | 與微處理器接口的地址總線 |
| SERSYN | 串行輸出同步信號 | WR | 與微處理器接口的寫脈沖 |
| AOUT(15:0) | 并行輸出總線A | RD | 與微處理器接口的讀脈沖 |
| BOUT(15:0) | 并行輸出總線B | MSYNCO | 多芯片應(yīng)用時的同步輸出信號 |
| DATARDY | 輸出使能信號 | MSYNCI | 多芯片應(yīng)用時的同步輸入信號 |
| SEROE | 串行輸出使能信號 | SYNCIN1 | 前端刷新同步輸入信號 |
| INTERRP | 中斷輸出 | SYNCIN2 | 后端刷新同步輸入信號 |
| REFCLK | 參考時鐘 | SYNCOUT | 同步脈中輸出 |
概括地說，ＨＳＰ５０２１４Ｂ具有的技術(shù)特性如下：
· 前端處理速度ＣＬＫＩＮ達(dá)到６５ＭＳＰＳ，后端處理速度ＰＲＯＣＬＫ達(dá)５５ＭＳＰＳ。
· 全部處理過程的無虛假信號動態(tài)范圍（ＳＦＤＲ）大于１００ｄＢ。
· 在低通輸出帶寬為９８２ｋＨｚ的時候輸出速率可達(dá)１２．９４ＭＳＰＳ。
· 總抽取因子范圍為４～１６３８４，由于有了重采樣級，抽取因子可以是非整數(shù)。
· ３２－ｂｉｔ的可編程載頻數(shù)控振蕩器（ＮＣＯ）可用于信道分選和載波跟蹤，頻率分辨率可達(dá)０．０１５Ｈｚ（ＣＬＫＩＮ＝６５ＭＳＰＳ時）。
· ３２－ｂｉｔ的重采樣ＮＣＯ可用于碼元跟蹤。
· 數(shù)字ＡＧＣ可用于進(jìn)一步擴(kuò)大信號的位分辨率，增益容限可在０～９６．３３２ｄＢ、增益調(diào)整速率可在０．０００１０６～３．２７５ｄＢ／ＰＳ之內(nèi)可編程，增益調(diào)整有固定和自動兩種選擇。另外還有輸入電平檢測器用來構(gòu)成外部模擬增益控制環(huán)路。
· 輸入分辨率為１４－ｂｉｔ，輸出分辨率為１６－ｂｉｔ，支持直接串行、直接并行、ＦＩＦＯ式緩存和快照式緩存輸出。
· 笛卡兒坐標(biāo)到極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器和鑒頻（幅）器可用于ＡＭ、ＳＳＢ、ＦＭ、ＰＭ、ＡＳＫ、ＦＳＫ、ＰＳＫ、ＱＰＳＫ和Ｍ進(jìn)制ＱＡＭ等信號的解調(diào)。
３ 應(yīng)用體會
ＨＳＰ５０２１４Ｂ的最大特點是通過其靈活的可編程性可獲得功能的多樣性。它可以與ＨＳＰ５０２１０數(shù)字科斯塔斯環(huán)（Ｄｉｇｉｔａｌ ＣｏｓｔａｓＬｏｏｐ）一起用于ＰＳＫ信號的接收。當(dāng)用于單信道軟件無線電時，它可同時支持寬帶和窄帶處理。當(dāng)應(yīng)用于基站接收時，若通過適當(dāng)?shù)木幊?，ＨＳＰ５０２１４Ｂ可以滿足各種各樣的通信標(biāo)準(zhǔn)，如ＦＤＭＡ中的ＡＭＰＳ（ＩＳ－９１）；ＴＤＭＡ中的ＩＳ－５４、ＧＳＭ、ＰＣＮ和北美ＴＤＭＡＩＳ－１３６；ＣＤＭＡ中的ＩＳ－９５等等。它還可很好地用于第三代移動通信的各種應(yīng)用研究中。
為了最優(yōu)地配置ＨＳＰ５０２１４Ｂ，必須對該ＰＤＣ芯片進(jìn)行仔細(xì)地研究，既要了解整個ＰＤＣ芯片的結(jié)構(gòu)功能，又要明確芯片中各個模塊在ＰＤＣ中的地位、功能和特性。這是因為在芯片設(shè)計時，其中的每個模塊都被賦予了特殊的作用。ＨＳＰ５０２１４Ｂ的核心是完成三大功能的兩大模塊：變頻模塊和采樣率變換模塊（兼有濾波整形功能）；前者的配置相對簡單一些，比較復(fù)雜的是后者。在采樣率變換模塊中，ＣＩＣ抽取濾波器用來完成主要的抽取任務(wù)；５個ＨＢ抽取濾波器用來完成抽取因子為２的冪次的采樣率壓縮任務(wù)；２５５階ＦＩＲ抽取濾波器其實是指該ＦＩＲ濾波器的最大可用階數(shù)為２５５，整個采樣率變換模塊的濾波整形功能主要由它來承擔(dān)，它還可用來補(bǔ)償其前面的濾波器如ＣＩＣ濾波器在通帶內(nèi)的衰減等；重采樣級用來實現(xiàn)采樣率的非整數(shù)倍變換；２級ＨＢ內(nèi)插濾波器可以恢復(fù)由于前面對信號進(jìn)行抽取而損失的時間分辨率，并且還可以讓前面的２５５階ＦＩＲ濾波器工作在盡量接近Ｎｙｑｕｉｓｔ采樣率的低采樣率下，以使２５５階ＦＩＲ濾波器的可用濾波器階數(shù)增大，從而更好地完成對信號的濾波整形處理[６]。在采樣率變換模塊的配置中需要特別考慮的還有ＰＤＣ芯片的硬件制約因素，如各級間的接口速率是否匹配以及各級濾波器在進(jìn)行濾波整形處理時能夠正常工作的濾波器指標(biāo)范圍等。
此外，在ＰＤＣ的配置中還必須考慮以下模塊：使整個ＰＤＣ芯片正常工作的ＡＧＣ模塊；解調(diào)各種常規(guī)通信信號的鑒頻（幅）模塊；使單片ＰＤＣ內(nèi)的各個模塊以及在多片ＰＤＣ聯(lián)合使用時各ＰＤＣ間都能協(xié)調(diào)工作的同步控制功能模塊等。
４ 一個實用的數(shù)字中頻軟件無線電實驗系統(tǒng)
在此給出一個實用的數(shù)字中頻軟件無線電實驗系統(tǒng)，如圖２所示。其中用于中頻采樣的ＡＤＣ為ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅ公司的ＡＤ６６４４，接收機(jī)中頻為１０．７ＭＨｚ。數(shù)字信號源是為了進(jìn)行各種軟件無線電的相關(guān)研究而設(shè)置的。ＰＤＣ后的基帶處理器既可以是通用ＤＳＰ，也可以是高檔ＰＣ機(jī)。前面的模擬接收機(jī)根據(jù)實際需要既可以掛接寬帶接收機(jī)，也可以掛接窄帶接收機(jī)。全部系統(tǒng)都是通過ＰＣ機(jī)控制運行的。通過實驗，ＨＳＰ５０２１４Ｂ可以很好地完成變頻、采樣率壓縮、濾波整形以及對幾種常規(guī)通信信號如ＡＭ、ＦＭ、ＦＳＫ和ＰＳＫ等的解調(diào)。
事實上，不止是在通信領(lǐng)域，對于各種用途的無線電電子信息接收系統(tǒng)，都可以考慮應(yīng)用象ＨＳＰ５０２１４Ｂ這樣高性能的ＰＤＣ芯片來開發(fā)具有軟件無線電意義上的新一代產(chǎn)品。為了構(gòu)建一個多通道系統(tǒng)，還可以在一個系統(tǒng)中應(yīng)用多片ＨＳＰ５０２１４Ｂ。另外，Ｉｎｔｅｒｓｉｌ于２０００年最新推出了該公司的首片多通道ＰＤＣ——ＨＳＰ５０２１６ＱＰＤＣ（ＱｕａｄＰＤＣ），該ＰＤＣ共有４個通道，每個通道的結(jié)構(gòu)與單片ＨＳＰ５０２１４Ｂ基本相同，但在性能上有所提高，而且可以進(jìn)行獨立的配置。
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