基于DSP芯片外圍電路典型設計

引 言

DSP(數字信號處理器)芯片是一種能夠實時快速地實現各種數字信號處理算法控制的微處理器，已經在通信與信息系統(tǒng)、信號與處理、自動控制、雷達、航空航天、醫(yī)療等許多領域得到了廣泛的應用。

目前生產DSP芯片的廠家主要有TI公司、AD公司、Motorola公司等。其中TI公司推出的TMS320C2XX系列是繼TMS320C2X和 TMA320C5X之后的一種低價格、高性能16位定點運算DSP。TMS320F206是2XX系列的代表之一，性價比高，應用廣泛，目前已成為高檔單片機的理想替代。TMS320F206的性能特點如下：指令周期達25 ns；可尋址64 k程序空間、64 k數據空間、64 k I／O空間以及32 k全局存儲空間；片內集成有32 kB Flash存儲器；32位算術邏輯單元、32位累加器、16位并行乘法器；豐富的片內外設，可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)、同步串行口、異步串行口等；與IEEE 1149.1標準兼容的JTAG串行邏輯掃描電路。

DSP芯片外圍電路設計是用好DSP芯片最關鍵的第1步。本文以TMS320F206為例介紹DSP芯片前向通道和后向通道接口電路、外存存儲器擴展等典型的設計思路及方法。

1 TMS320F206前向通道接口

AD7677芯片是AD公司新推出的具有1 MSPS(百萬次采樣每秒)16位A／D轉換芯片。該芯片采用開關電容式逐次比較結構，其內部自帶SHA(采樣保持器)、時鐘源、+2.5 V參考電壓、誤差修正電路、差分輸入以及并行／串行輸出接口。采用單+5 V電源供電，正常工作情況下的功耗為115 mW，關閉模式下的功耗僅為7μW。具有高達94 dB的優(yōu)越的動態(tài)范圍，INL(積分非線性)最大為±0.5LSB，無漏碼DNL(差分非線性)最大為16位。并具有Warp、Normal、Impulse這3種可選工作模式。

A／D轉換器采樣的精度取決于參考電壓、布線以及正確的時序。其中布線主要是指電源和地、參考電壓的抗干擾性能，電源和地的干擾是造成系統(tǒng)誤差的最主要原因。

對于許多高性能數據采集應用，為了解決A／D轉換器與放大器之間的匹配問題，AD7677還可與AD公司的AD8021運算放大器配對使用。AD8021是為了解決增益與帶寬性能之間的匹配問題的一種定制補償放大器。

TMS320F206工作于20 MHz時鐘周期。A／D轉換器工作于Warp模式，其采樣速度達到1 MSPS，每兩次轉換時間間隔不超過1 ms，否則會導致前一轉換結果的覆蓋丟失。

TMS320F206與AD7677接口電路框圖見圖1。

正常工作狀態(tài)下，當DSP的地址判斷位A0為高，且I／O口空間選擇信號IS以及瀆選擇信號RD同時為低時，A／D的片選信號CS及讀請求信號RD同時為低，即表示A／D被選中且準備數據轉換。由DSP的I／O口觸發(fā)A／D轉換開始信號CNVST(t1)，A／D的引腳BUSY保持高(t2)，即開始數據的轉換。其工作時序如圖2所示。

2 TMS320F206后向通道接口

單集成芯片AD669是16位高分辨率、40 ns高速轉換的A／D轉換器。AD669數據鎖存采用分段譯碼結構，可減少與數碼相關的毛刺，同時采用雙緩存鎖存結構，避免了虛假模擬信號的產生。AD669內部集成隱埋式齊納基準，10.000 V基準最大誤差為±0.2％。另外，AD669具有引腳可定義單極(0 V～10 V)、雙極性(-10 V～+10 V)輸出，可實現增益及零偏調節(jié)。

TMS320F206工作于20 MHz時鐘周期，外掛JTAG仿真口，便于實時燒寫、調試程序。D／A轉換器工作于邊沿觸發(fā)模式，即LDAC與CS連接在一起，而L1直接接地，兩級鎖存鏈接成主從結構。

TMS320F206與AD669接口電路框圖見圖3。

工作時序如圖4所示。

正常工作狀態(tài)下，當DSP的I／O空間選擇信號IS以及寫選擇信號WE其中一個由低變高時，則會使D／A的LDAC-CS產生上升沿(tLOW→tHIGH)，開始同時更新兩級鎖存中的數據。

3 TMS320F206外部數據存儲器擴展

DSP芯片通常需要通過外部存儲器來擴展數據存儲空間。TMS320F206內部集成64 kB數據存儲空間，外部數據存儲器可以擴展至32 kB空間。為了使存儲接口速度快，選用ISSI公司的高速存儲器IS61C3216，該數據存儲器為32 k×16 bit的CMOS靜態(tài)RAM，其讀寫訪問時間僅為10 ns。

TMS320F206芯片的總線請求信號BR以及全局存儲器分配寄存器GREG可以把數據存儲器擴展至32kB空間。用2塊IS61C3216，一組作為局部數據存儲器，另一組作為全局數據存儲器，地址共用8000h～FFFFh。其擴展電路框圖如圖5所示。

當GREG=xx00h時，8000h～FFFFh地址區(qū)域被配置為局部數據存儲器，此時，BR=1，RAM2禁止訪問，RAM1兩個使能信號打開，選中RAM1；當CREG=xx80h時，8000h～FFFFh被配置為全局數據存儲器，此時，BR=0，RAM1被禁止局部數據存儲器將不能訪問。
通過外部存儲器擴展，TMS320F206具有64 kB的局部數據存儲器空間，用來存放指令使用的數據；32 kB的全局數據存儲器空間，用來存放與其他處理器共用的數據。

4 結束語

本文以TMS320F206為例闡述了DSP芯片前向通道、后向通道接口電路的設計思路及方法。在系統(tǒng)資源受到限制或設計需要的情況下，可以將A／D和D／A轉換器同時配置在DSP的擴展總線上。此時，最重要的是綜合考慮A／D和D／A轉換器與DSP收發(fā)數據時序的匹配。本文設計方案以電路板的方式已運用于廠家的產品中，對機載雷達的大規(guī)模、復雜性信號處理發(fā)揮了一定的作用。