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引 言 數字下變頻的處理功能是將采樣后的中頻信號轉換成基帶數字信號，廣泛應用于雷達、聲納和無線電接收機中。數字下變頻器(DDC)是數字下變頻的硬件實現方案之一，能夠將數字化的中頻數據轉換成能夠被標準DSP處理的基帶數據。將DDC和DSP芯片直接連接就可以傳遞和處理數字基帶信號和狀態數據。由于轉換時間短、可編程控制和數字化、易集成等優越性能，DDC在雷達、通信等電子系統中應用越來越廣泛；在多路信號處理等場合，也常使用多片DDC進行下變頻、抽取濾波處理。筆者在多通道無源雷達信號處理機的設計中，采用了DSP芯片TMS320VC5409控制4片DDC芯片HSP50214B的接口電路，研究了同步控制多片HSP50214B等關鍵技術。 DDC芯片HSP50214B 數字下變頻器HSP 50214B是一個非常靈活的數字調諧器,是INTERSIL公司為了滿足一個寬范圍的通信商業標準要求而設計的,主要用于軟件無線電中A/D后的處理。HSP50214B 的下變頻處理功能是將被抽樣的中頻信號轉變成基帶數字抽樣信號,完成該功能的模塊包括本振產生器(NCO),積分梳狀濾波器(CIC),多級半帶濾波器(HB)以及可編程有限脈沖響應濾波器(FIR),具有重復抽取,自動增益控制,頻率鑒別,以及多片同步檢測等功能。如果將HSP50214B和一個DSP處理芯片直接連接就可以傳遞和處理數字基帶信號和狀態數據。可編程下變頻器HSP50214B能夠將數字化的中頻數據轉變成能夠被標準的DSP微處理器處理的基帶數據。 多片DDC與DSP接口電路 HSP50214B的配置通過DSP對其內部控制字操作來實現，共有255個32bit的控制字可以分別控制HSP50214B的輸入、抽取、濾波、輸出格式等環節。通過地址線A0-A2和數據線 D0-D7，可以實現對其內部控制字的讀寫操作，如圖1所示。 圖1 HSP50214B和DSP接口電路 四片HSP50214B的8位數據線同時占用DSP數據線的低8位,3位地址線同時占用DSP地址線的低3位。由于HSP50214B沒有讀寫寄存器片選信號,因此需要利用DSP的讀寫信號RD/WR和高位地址線A15-A14位,并由EPLD對其進行譯碼分別控制四片HSP50214B器件的寫信號WR,該寫信號負責把數據總線上的數據寫入到HSP50214B控制寄存器中,這樣就實現了片選不同HSP50214B的目的。 HSP50214B的寫操作過程采用間接尋址方式, 32bit的控制字首先通過8bit數據線分4次寫入主寄存器,該4次寫操作過程中地址線A2-0應依次為[000:011],之后DSP將該控制字對應的8bit目標寄存器地址寫入HSP50214B內部專有寄存器,此時地址線應為[100],該操作觸發一個脈沖,將主寄存器中的32bit控制字加載入目標寄存器。控制字在WR信號的上升沿鎖存入主寄存器。需要格外注意的是,在相鄰控制字加載過程之間需等待4個時鐘周期,由HSP50214B進行內部加載配置。 由于DSP的數據總線和地址總線需要同時與EPLD和四片HSP50214B相連接，為了提高總線的驅動能力，DSP輸出的總線需要通過TI公司的SN74LVTH162245芯片進行驅動后才能與這些異步接口的器件相連接。但是，這樣直接加上驅動的數據和地址總線被四片HSP50214B分時復用會帶來傳輸阻抗不匹配的問題，系統采用的方法是使被復用的DSP總線上的每一路信號首先驅動SN74LVTH162245上的四個輸入端，這樣就可以從它的輸出端得到四個被相互隔離的四路相同信號，然后再各自加端接匹配電阻，對每路信號進行匹配后再接到各自的終端。這樣不僅解決了信號隔離問題，還很好地解決了一路信號線因驅動多路終端所引起的傳輸阻抗不匹配的問題。 此外,DSP的控制信號通過EPLD譯碼產生DDC的輸入使能信號ENI,決定DDC芯片開啟工作時刻。在DSP加載DDC芯片控制字,HSP50214B芯片開始工作后產生輸出數據有效信號DATA_RDY,通過EPLD對此信號進行計數監控,可以實時計算DDC輸出的數據量,并進而向后級DSP發出讀數據請求中斷,實現合理的時序分配。 多片DDC同步工作的關鍵技術 為了實現多路中頻信號同步處理,要求DDC同步工作。DSP通過EPLD譯碼控制著四片DDC的輸入使能信號ENI,在DSP寫DDC控制字期間,ENI處于無效狀態,DSP寫操作結束后向EPLD發出控制信號,將四片DDC芯片的輸入端同時使能,從而實現了多DDC同步啟動工作。 圖2 多片HSP50214B同步工作電路 多片DDC的同步還需要內部工作時鐘的同步,這是通過主從配置實現的，芯片的前端工作電路由輸入時鐘（CLKIN）實現同步，而后端電路由工作時鐘（PROCLK）實現同步, 為了使四片DDC和EPLD之間系統時鐘同步，系統要求用一個時鐘信號源產生四路相干時鐘分別分配給EPLD和四片HSP50214B，這給保證時鐘信號的驅動能力和信號完整性帶來了難度。系統的解決辦法是將溫補晶振產生的40MHz時鐘信號首先傳送到一個零延遲時鐘驅動芯片CY2305的輸入端，再由該芯片輸出五路同步時鐘信號，其中一路時鐘直接供給EPLD，其它四路時鐘分別輸入HSP50214B的輸入時鐘CLKIN和工作時鐘PROCLK。 DDC之間由SYNCOUT,SYNCIN1,SYNCIN2,MSYNCO和MSYNCI來控制同步時序, 如圖2所示。MSYNCO是多芯片同步輸出引腳,系統中HSP50214B_1配置為主芯片,它的MSYNCO輸出連接至四片HSP50214B的MSYNIN引腳;SYNCOUT引腳由前端時鐘CLKIN或工作時鐘PROCLK產生,用以同步芯片內部工作,其中HSP50214B_1的SYNCOUT引腳連接至四片HSP50214B芯片的SYNCIN2引腳,用以同步DDC芯片內部的FIR濾波以及自動控制增益(AGC)部分;HSP50214B_2的SYNCOUT引腳連接至四片HSP50214B芯片的SYNCIN1引腳,用以同步DDC芯片內部的CIC抽取濾波以及數控振蕩器部分。 結 語 在“基于電視信號的無源雷達信號處理”項目中,筆者設計的中頻采集板卡對接收機輸出的4路伴音和圖像中頻信號進行高速采集與數字下變頻。筆者在電路設計中采用了本文提出的DSP控制多片DDC芯片的接口設計方案,對于4路A/D轉換后的高速信號,分別通過DDC進行下變頻和多級抽取濾波。該無源雷達信號處理機已經通過了外場試驗驗證,其中的中頻采集板卡經測試可以精確實現數字下變頻功能,精確度為0.01Hz;抽取模塊實現信號速率400倍降低;濾波環節有效地增大了采集卡的動態范圍31dB,很好地滿足了無源雷達信號處理機的指標要求。 |
