介紹了Intersil公司推出的可編程數(shù)字" title="數(shù)字">數(shù)字上變頻" title="變頻">變頻器HSP50415" title="HSP50415">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?？紤]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(jìn)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(jìn)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(dá)100MHz?最高輸入數(shù)據(jù)率達(dá)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(dá)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(jìn)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
3 HSP50415的調(diào)制原理及實現(xiàn)
HSP50415的復(fù)數(shù)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(jù)I(n)和Q(n)編碼方式的不同,，可以完成BPSK、QPSK,、m-QAM等調(diào)制方式,。如令Q(n)=0，則：
S(n)=I(n)cos(ω0ts)
此時即可得到DSB調(diào)制信號,。
4 用HSP50415實現(xiàn)數(shù)字上變頻
HSP50415編程靈活,，可應(yīng)用于無線電臺的發(fā)射系統(tǒng)中。圖5為HSP50415與TMS320VC5509的接口電路,，可用來實現(xiàn)數(shù)字上變頻技術(shù),。
圖中采用了兩個片選信號，用于區(qū)分微處理器端口和數(shù)據(jù)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(fā)一個數(shù)據(jù)。XF連接ISTRB以表明這個數(shù)據(jù)是I數(shù)據(jù)還是Q數(shù)據(jù)。CE0與AWE相或產(chǎn)生DATACLK信號,。中斷信號由2*SYMCLK產(chǎn)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(fā)送程序(以正弦波為例)
mov #63， ac0 ;設(shè)發(fā)射通常為64,循環(huán)發(fā)送
amov real_data, xar1 ;xar1中存放實數(shù)
amov imag_data, xar2 ;xar2中存放虛數(shù)
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