基于AD6620的正交解調(diào)器設(shè)計

ic36　　近年來，人們對數(shù)字正交解調(diào)進(jìn)行了一系列的研究，提出了不少方法，其中，數(shù)字混頻正交變換法與模擬解調(diào)原理一致，是一種比較理想的解調(diào)法，同其他方法相比，其精度更高，誤差更小。　　ad6620是美國adi公司生產(chǎn)的數(shù)字下變頻信號處理器，采用數(shù)字混頻正交變換完成數(shù)字解調(diào)功能，在通信、雷達(dá)等電子設(shè)備中得到了很好的應(yīng)用。本文將ad6620成功地應(yīng)用到超聲頻譜多普勒成像中，完成了其硬件設(shè)計和軟件編程。

　　頻譜多譜勒系統(tǒng)中的正交解調(diào)部件　　超聲頻譜多普勒系統(tǒng)分為正交解調(diào)，距離選通和頻譜分析3個部件，它們都受一個cpu控制，需要與該cpu通訊。其中，正交解調(diào)部件由一個數(shù)字下變頻器ad6620實現(xiàn)，它的原理框圖如圖1所示。

　　接收到的回波信號放大后可表示為：

x（t）=a（t）cos[w0t+φ（t）]

　　把x（t）分成兩路分別與2cosw0t與-2sinw0t相乘，并用低通濾波器濾除其高頻成份，可得上通道的輸出為：

va’（t）= a（t）·cos[w0t+φ（t）]×2cosw0t
　 　 　 = a（t）·cosφ（t）+a（t）·cos（2w0t+φ（t）]

　　低通濾波后的輸出為：

va（t）=a（t）·cosφ（t）

　　同時可得下通道的輸出為：

vb（t）=a（t）·sinφ（t）

　　將va（t）和vb（t）合成復(fù)值信號v（t）=va（t）+jvb（t），就可以進(jìn)行后面的距離選通、頻譜分析等處理。

　　數(shù)字下變頻器 ad6620

　　ad6620主要有以下特征：16位線性比特補碼輸入（另加3比特指數(shù)輸入）；單信道實數(shù)輸入模式最大輸入數(shù)據(jù)率高達(dá)67msps，雙信道實數(shù)輸入模式與單信道復(fù)數(shù)輸入模式最大輸入數(shù)據(jù)率高達(dá)33.5msps；具有可編程抽取fir濾波器與增益控制，抽取率在2-16384之間可編程，具有并行、串行兩種輸出模式，并行模式為16位補碼輸出。

　　ad6620主要由4個內(nèi)部信號處理單元組成，頻譜變換單元、二階固定系數(shù)梳狀濾波抽取濾波器（cic2）單元、五階固定系數(shù)梳狀濾波抽取濾波器（cic5）單元和一個系數(shù)可編程的ram系數(shù)抽取濾波器（rcf）單元。

　　方案設(shè)計

　　算法設(shè)計

　　在ad6620中，輸入信號為14位的數(shù)字信號，它分別與兩路32位解調(diào)信號cos（2πnf0/fs）和-sin（2πnf0/fs）相乘得到上下兩路輸出，分別為va’和vb’，保留結(jié)果的高18位，然后經(jīng)過兩級級聯(lián)cic濾波器抽取濾波，輸出經(jīng)過低通濾波，最后得到兩路16位輸出信號vs和vb。

　　低通濾波器的設(shè)計要綜合考慮信號的能量和信噪比，通帶增寬可以增強信號能量，但也會增大誤差，阻帶的截止頻率和衰減必須能夠有效地抑制高次諧波和其他高頻噪聲的干擾。本文采用的濾波器的通帶截止頻率為400khz，阻帶截止頻率為1.2mhz，阻帶衰減大于50db。

　　在本系統(tǒng)中，cic2、cic5和rcf的抽取率分別為2，4、1。它們的傳遞函數(shù)分別為：



　　值得注意的是：以上傳遞函數(shù)所對應(yīng)的采樣率是不同的，假設(shè)ad6620輸入數(shù)據(jù)的采樣率為25mhz，則hcic2對應(yīng)的采樣率為25mhz，hcic5對應(yīng)的采樣率為12.5mhz，hrcf對應(yīng)的采樣率為3.125mhz， 若要得到它們級聯(lián)后總的頻率特性，需要將它們的采樣率統(tǒng)一折算到25mhz。折算后的傳遞函數(shù)為：



　　硬件接口

　　與cpu接口

　　cpu采用mcf5206，與cpu接口包括3位地址線cpu_addr[2..0]、8位數(shù)據(jù)線cpu_db[7..0]、片選線/cpu_cs、讀信號cpu-rd和寫信號cpu_wr，其中，cpu的地址線需要先在pld中完成譯碼后產(chǎn)生3位地址線再送給ad6620，pld選用altera公司的acex 1k系列的ep1k100qc208-3芯片，由于cpu的工作電壓為5.0v，而ad6620的工作電壓為3.3v,因此cpu的控制信號必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路才與ad6620相連，本文采用pi74lcx245作為電平轉(zhuǎn)換芯片，它還具有控制數(shù)據(jù)流動方向的功能。方向控制信號由cpu的r/#w和片選信號組成。

　　與距離選通部件的接口

　　輸出16位數(shù)據(jù)data[5.0]作為距離選通部件的輸入，輸出dv的高電平表示輸出數(shù)據(jù)有效，低電平表示輸出數(shù)據(jù)無效；輸出i/q在輸出數(shù)據(jù)有效時，其高電平表示輸出i數(shù)據(jù)，低電平表示輸出q數(shù)據(jù)，輸出的i、q兩路數(shù)據(jù)分時共用16位數(shù)據(jù)線，利用dv、i/q和時鐘將兩路數(shù)據(jù)分開，這部分電路在pld中實現(xiàn)。

　　軟件設(shè)計

　　ad6620工作參數(shù)的配置

　　ad6620的初始化可以由外部控制單元通過ad6620的微處理器接口進(jìn)行，完成工作模式，nco參數(shù)、濾波器參數(shù)等設(shè)置，外部控制單元還可以通過微處理器接口對ad6620內(nèi)部寄存器進(jìn)行動態(tài)讀寫，實現(xiàn)對ad6620動態(tài)實時控制，外部控制單元根據(jù)ad6620的輸出結(jié)