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HSP50415的原理及其在中頻數字化中的應用

作者: 時間:2005-09-28 來源:網絡 收藏
摘要:介紹了Intersil公司推出的可編程數字上變頻器的結構、功能和特點,給出了在數字上變頻中與TMS320VC5509的接口電路。

關鍵詞:軟件無線電;數字上變頻;數字調制;

1 引言

軟件無線電技術已在當今無線通信中得到了迅猛發展,并逐漸成為通信領域一個新的發展方向。軟件無線電的基本思想是在一個通用的硬件平臺上,通過軟件加載的方式用軟件實現所有無線電臺的功能。軟件無線電的理想結構是將A/D、D/A盡可能地靠近天線。考慮到目前A/D、D/A的帶寬及DSP的處理能力,一般采用采樣的軟件無線電結構。

圖1

2 HSP50415的功能和特點

2.1 HSP50415的內部結構和功能

HSP50415由256深度的FIFO數據緩沖器、星座映射器、成形和內插濾波器、復數乘法器、符號率NCO、載波NCO及雙路DAC組成。其內部組成如圖1所示。各組成部分的功能如下:

前端數據輸入模塊:HSP50415的信號輸入管腳是DIN(0~15)、ISTRB、TXEN和DATACLK。數據輸入有兩種方式:一種是固定符號速率傳輸方式,一種是猝發傳輸方式。在固定符號速率傳輸方式下,數據將以2倍采樣率進入數據緩沖區,緩沖區為25632bit的FIFO。一旦一對I和Q數據進入FIFO,數據會以采樣率讀出。因為FIFO完成了一個串并變換,將一路信號變換成I和Q兩路信號,因此輸入端數據率是輸出端的2倍。在猝發方式下,當數據滿或半滿時,FIFO的標志位可觸發DSP的中斷,通知DSP停止發數據,這時可讀數據。I/O輸入時序如圖2所示。

星座映射圖:星座映射圖中有一個用戶可編程查找表(2568bit RAM),這個查找表僅支持I/Q最大位寬為4bit(256QAM)的數據,可完成各種正交的PM和AM基帶碼映射。I和Q數據合并成8bit的數據作為地址去查表,得到映射數據并以Iout<3:0>和Qout<3:0>的形式輸出,如圖3所示。

成形濾波器:成形濾波器的基本內插率為4、8或16。此外,還有一個可選的2bit模式以供用戶將抽樣率減少1/2。成形濾波器的運算由移位累加來完成,其最大輸入采樣率為MIN((CLK22^twoBitMode)/(#bitinterpolationRate),CLK/4)。若使用2bit模式,則式中twoBitMode為1,否則為0,#bit為輸入數據的位數,interpolationRate為內插率。

半帶濾波器:半帶濾波器的內插率為2,由于其系數在偶數點上為零,因此可將計算量減少一倍。

內插濾波器:內插濾波器將半帶濾波器的輸出采樣率插值到最終的采樣率Fsout。

數控振蕩器(NCO):為內插濾波器提供時鐘,并允許輸入和輸出采樣率有非整數倍關系。

乘法器:把基帶信號調制到可編程上。

輸出模塊:HSP50415內部集成了雙路12位DAC,并由x/sinx濾波器提供滾降補償,可以實現模擬輸出。另外還提供了14位數字輸出。

2.2 HSP50415的特點

HSP50415是一個功能強大的可編程調制器,編程十分靈活,信號的極性可以通過編程來改變,內部集成了高速D/A轉換器,性價比較高。HSP50415具有功耗低、 精度高、可靠性強等優點,其主要性能參數如下:

●最高輸出采樣率達100MHz?最高輸入數據率達25MHz。

●編程載波NCO和符號NCO均為32位,精度高。

●x/sinx滾降補償。

●每路有四片6472位的FIR濾波器,其系數RAM可由Intersil公司提供的軟件來產生。

●成形濾波器的內插率可編程設置,達24個符號間隔,半帶濾波器和內插濾波器的系數是固定的。

●數字信號處理能力大于70dB(SFDR)。

●14位數字輸出或雙路12位D/A模擬輸出,D/A處理能力大于50dB。微處理器端口有18個控制寄存器,可方便地控制25632位FIFO深度、成形濾波器的階數、增益調整、符號速率、載波頻率及是否旁路某些模塊等。

2.3 HSP50415的主要管腳功能:

CLK: 系統時鐘

SYSCLK/2: 系統內部時鐘

DIN<15:0>: 數據總線

CDATA<7:0>: 微處理器數據總線

RD: 微處理器讀

WR: 微處理器寫

ADDR<2:0>: 微處理器地址總線

Iout<13:0>,Qout<13:0>: 數字輸出

IOUTA,IOUTB,QOUTA,QOUTB: 模擬輸出

2*SYMCLK: 采樣時鐘的2倍

REFCLK: 參考時鐘

DATACLK: 異步數據時鐘

TXEN: 猝發模式選通信號

ISTRB: 路數據選通信號

INTREQ: 中斷請求信號

FEMPT,FOVER,FFULL: FIFO電平監控信號

LOCKDET: 數字鎖相環的狀態標志

ICOMP,QCOMP: 為減小串音提供的補償信號

REFLO: 內部參考選擇

REFIO: 外部參考電壓輸入

FSADJ: 滿量程電流調整

2.4 HSP50415的初始化及參數設置

HSP50415的初始化包括兩部分,一是對控制寄存器的初始化,二是對成形濾波器系數RAM及星座映射器RAM的初始化。HSP50415總共有18個寄存器,通過對這些控制寄存器的訪問,可以方便地控制25632位FIFO深度、成形濾波器的階數、增益調整、符號速率、載波頻率以及是否旁路某些模塊等,從而便于進行硬件調試。系數和控制字的值可以使用Intersil公司網站提供的可執行文件sim415.exe和modulator.exe方便地產生。圖4表示將值為AABBCCDD的控制字送入地址為0C的控制寄存器的時序。

HSP50415的參數可由下面的公式確定:

符號率NCO=(symbolrate/Fsout)232

載波NCO=(carrierFrequency/Fsout)232

3 HSP50415的調制及實現

HSP50415的復數乘法器可完成如下運算:

S(n)=I(n)cos(ω0ts)-Q(n) sin(ω0ts)?

其中,S(n)為輸出信號,ω0為載波頻率,ts為取樣間隔。根據I(n)和Q(n)編碼方式的不同,可以完成BPSK、QPSK、m-QAM等調制方式。如令Q(n)=0,則:

S(n)=I(n)cos(ω0ts)

此時即可得到DSB調制信號。

4 用HSP50415實現數字上變頻

HSP50415編程靈活,可于無線電臺的發射系統中。圖5為HSP50415與TMS320VC5509的接口電路,可用來實現數字上變頻技術。

圖中采用了兩個片選信號,用于區分微處理器端口和數據端口。初始化時CE2選通,DSP通過微處理器接口訪問HSP50415。初始化完成后CE0選通,DSP每收到一個中斷,便通過DATA/FIFO接口向HSP50415發一個數據。XF連接ISTRB以表明這個數據是I數據還是Q數據。CE0與AWE相或產生DATACLK信號。中斷信號由2*SYMCLK產生。

5 典型程序代碼

5.1 一個32位寄存器初始化代碼

amov #BUFF0,xar0 ;BUFF0定義為片選2空間的地址0x400000

mov #0xDD, *ar0

amov #BUFF1, xar0 ;BUFF1定義為片選2空間的地址0x400001

mov #0xCC, *ar0

amov #BUFF2, xar0 ;BUFF2定義為片選2空間的地址0x400002

mov #0xBB, *ar0

amov #BUFF3, xar0 ;BUFF3定義為片選2空間的地址0x400003

mov #0xAA, *ar0

amov #BUFF4,xar0 ;BUFF4定義為片選2空間的地址0x400004

mov #0x0C, *ar0

5.2 簡單的發送程序(以正弦波為例)

mov #63, ac0 ;設發射通常為64,循環發送

amov real_data, xar1 ;xar1中存放實數

amov imag_data, xar2 ;xar2中存放虛數

send:

amov #FIFO, xar0 ;定義FIFO為片選0空間地址為0x02000

bset xf

mov *ar1+, *ar0

bclr xf

mov *ar2+, *ar0

sub #1, ac0

bcc qq, ac0==0

reti

qq: mov #63, ac0

amov real_data, xar1

amov imag_data, xar2

reti



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