数字下变频器HSP50214B在软件无线电中的应用

摘要: 本文介绍了数字下变频器HSP50214B 的内部结构及其在软件无线电中的应用. 首先阐述了HSP50214B 模块具有的数字混频、滤波、自动增益控制等功能,通过解调AM 信号的一个实例,设计了一个DSP与下变频器的电路,并给出了下变频器部分控制字,展示了下变频器在软件无线电中强大的功能和良好的可编程性.

关键词:HSP50214B ;软件无线电;数字下变频; 解调AM

软件无线电的目标是将数字化技术尽可能应用到接近天线的器件上,从而在接收天线的输出端直接数字化射频信号,提高系统的灵活性. 如今,在市场上已经有采样频率在1. 5GHz 以上的A/D采样芯片,这给真正实现完全数字化的无线电技术提供了可能. 在如此高的采样速率下,给DSP(数字信号处理器) 处理速度带来了更大的挑战.

所以,软件无线电的“瓶颈”仍然是DSP 处理速度问题. 将射频信号变频到中频信号采样,数字化信号经专用DDC(数字化下变频器) 处理,完成信号的下变频和抽样处理,然后送给DSP 器件处理, 可大大减轻DSP 的负担. Harris公司HSP50214B 正是专用数字下变频器的一个典型代表,本文先介绍了HSP50214B 的内部结构,然后通过一个DSP 和HSP50214B 的解调AM 信号的例子,介绍了DDC 在软件无线电中的应用.

1 　HSP50214B 结构

HSP50214B 是Harris 公司可编程数字下变频器PDC (programmable digital down converter)HSP50214 系列中功能最强的型号,代表目前单信道DDC 器件的最高水平. HSP50214B 结构框图如图1 所示.

图1 　HSP50214B 结构框图

电平检测单元选取一定长度的数据,比较并积累该段数据的绝对值和预设置的门限电平的误差. 该误差积累量可以由外部接口读出,进行外部的自动增益控制. NCO 模块产生具有一定频率和初始相位的正弦和余弦函数. 并对输入数据混频产生I 、Q 通道数据. HSP50214B 采用CIC 滤波器、HB 滤波器、255 阶FIR 滤波器共同组成抽取/低通滤波器,实现低通滤波和数据抽取功能.

AGC为内部增益控制,通过检测DDC 幅度输出和预设门限之间的误差,对FIR 滤波器的输出进行增益调整,以提高小信号的增益和多级抽取造成的幅度衰减. HSP50214B 提供5 种数据输出格式( I ,Q , | r | , f ,Φ ) 以及并串输出方式,用户可根据调制方式和DSP 的接口方式选择合适的输出格式和方式.

2 　HSP50214B 电路设计

数字下变频器的主要接口电路如图2 ,通过HSP50214B 与DSP 芯片TMS320VC5402 连接图介绍数字下变频器的使用.

图2 　HSP50214B 与TMS320VC5402 接线图

本例输入模块采用gated模式,将/ENI 固定接低, A/D采样器的时钟和HSP50214B 的CLKIN 管脚相连,每个CLKIN 时钟对输入数据采样一次. CLKIN 的时钟信号可以达到65MHz ,PROCLK时钟是混频之后的处理时钟,不可以高于CL KIN. HSP50214B 的解调功能是通过写入控制字来实现的,每一个控制字是32 bit ,每次只能通过C(0. . 7) 接口写入8 bit 控制字,需要通过地址线A (0. . 2) 选择写入控制字的高低位,连续写4 次. 数据的读出、写入、寄存器选择等控制信号可采用CPLD 控制电路. 在输出模式上,HSP50214B 被设置成并行直接输出模式,/DATARDY管脚和TMS320VC5402 的中断管脚相连,当有新数据产生时,/ DATARDY 的下降沿使DSP 产生中断信号,DSP 就可以将数据实时读出.

3 　控制字的选择

通过对HSP50214B 的结构的介绍可以看出,如果要解调各种不同的信号,最重要的是对控制字的选择问题. 只有控制字被正确写入,参数选择合理,解调的信号才不会失真严重. 信号增益控制是HSP50214B 很重要的一个特点,选择信号增益大小时,要注意与输入信号相联系,增益太大可能导致信号处理溢出,不能正确解调,过小的增益也会降低信号处理的分辨率. 每级CIC 滤波器有2 倍增益,所以N 级就有2 N 倍的增益.

表1 给出了一个解调AM 信号的控制字例子,由于HSP50214B 控制字有256 个,所以本例只是给出了一些关键控制字.

表1 所示的控制字只能解调AM 信号,通过控制信号改变不同的控制字,就可以解调不同的信号,从而实现了软件意义上的解调无线电信号.

4 　结束语

本文通过介绍下变频HSP50214B 在数字下变频器的在软件无线电中的一个应用,解调AM信号,介绍了其中的一种工作方式,但只要改变软件,就可以解调各种不同的信号,充分体现了软件无线电的优点.