HSP50415在數(shù)字上變頻應(yīng)用研究

介紹了Intersil公司推出的可編程數(shù)字上變頻器HSP50415的結(jié)構(gòu)、功能和特點，給出了HSP50415在數(shù)字上變頻應(yīng)用中與TMS320VC5509的接口電路。

　　1 引言

　　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(xiàn)所有無線電臺的功能。軟件無線電的理想結(jié)構(gòu)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，一般采用中頻采樣的軟件無線電結(jié)構(gòu)。

　　2 HSP50415的功能和特點

　　2.1 HSP50415的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能

　　HSP50415由256深度的FIFO數(shù)據(jù)緩沖器、星座映射器、成形和內(nèi)插濾波器、復(fù)數(shù)乘法器、符號率NCO、載波NCO及雙路DAC組成。其內(nèi)部組成如圖1所示。各組成部分的功能如下：

　　前端數(shù)據(jù)輸入模塊：HSP50415的信號輸入管腳是DIN(0～15)、ISTRB、TXEN和DATACLK。數(shù)據(jù)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(fā)傳輸方式。在固定符號速率傳輸方式下，數(shù)據(jù)將以2倍采樣率進入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，緩沖區(qū)為256×32bit的FIFO。一旦一對I和Q數(shù)據(jù)進入FIFO，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)率是輸出端的2倍。在猝發(fā)方式下，當(dāng)數(shù)據(jù)滿或半滿時，F(xiàn)IFO的標(biāo)志位可觸發(fā)DSP的中斷，通知DSP停止發(fā)數(shù)據(jù)，這時可讀數(shù)據(jù)。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(256×8bit RAM)，這個查找表僅支持I/Q最大位寬為4bit(256QAM)的數(shù)據(jù)，可完成各種正交的PM和AM基帶碼映射。I和Q數(shù)據(jù)合并成8bit的數(shù)據(jù)作為地址去查表，得到映射數(shù)據(jù)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(nèi)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((CLK×2×2^twoBitMode)/(#bit×interpolationRate)，CLK/4)。若使用2bit模式，則式中twoBitMode為1，否則為0，#bit為輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)，interpolationRate為內(nèi)插率。

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

　　內(nèi)插濾波器：內(nèi)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(shù)控振蕩器(NCO)：為內(nèi)插濾波器提供時鐘，并允許輸入和輸出采樣率有非整數(shù)倍關(guān)系。

　　乘法器：把基帶信號調(diào)制到可編程中頻上。

　　輸出模塊：HSP50415內(nèi)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(xiàn)模擬輸出。另外還提供了14位數(shù)字輸出。

2.2 HSP50415的特點

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

　　●最高輸出采樣率達100MHz?最高輸入數(shù)據(jù)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64×72位的FIR濾波器，其系數(shù)RAM可由Intersil公司提供的軟件來產(chǎn)生。

　　●成形濾波器的內(nèi)插率可編程設(shè)置，達24個符號間隔，半帶濾波器和內(nèi)插濾波器的系數(shù)是固定的。

　　●數(shù)字信號處理能力大于70dB(SFDR)。

　　●14位數(shù)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256×32位FIFO及其深度、成形濾波器的階數(shù)、增益調(diào)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(tǒng)時鐘

　　SYSCLK/2： 系統(tǒng)內(nèi)部時鐘

　　DIN<15:0>： 數(shù)據(jù)總線

　　CDATA<7:0>： 微處理器數(shù)據(jù)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(shù)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(shù)據(jù)時鐘

　　TXEN： 猝發(fā)模式選通信號

　　ISTRB： 路數(shù)據(jù)選通信號

　　INTREQ： 中斷請求信號

　　FEMPT,FOVER,FFULL： FIFO電平監(jiān)控信號

　　LOCKDET： 數(shù)字鎖相環(huán)的狀態(tài)標(biāo)志

　　ICOMP,QCOMP： 為減小串音提供的補償信號

　　REFLO： 內(nèi)部參考選擇

　　REFIO： 外部參考電壓輸入

　　FSADJ： 滿量程電流調(diào)整

　　2.4 HSP50415的初始化及參數(shù)設(shè)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(shù)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256×32位FIFO及其深度、成形濾波器的階數(shù)、增益調(diào)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(diào)試。系數(shù)和控制字的值可以使用Intersil公司網(wǎng)站提供的可執(zhí)行文件sim415.exe和modulator.exe方便地產(chǎn)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(shù)可由下面的公式確定：

　　符號率NCO=(symbolrate/Fsout)×232

　　載波NCO=(carrierFrequency/Fsout)×232