１ 結(jié)構(gòu)組成與工作機理

    ＨＳＰ５０２１４Ｂ可大體分為１３個功能模塊：同步電路、輸入模塊、輸入電平檢測、變頻模塊（正交混頻器與數(shù)控振蕩器）、ＣＩＣ（ＣａｓｃａｄｅｄＩｎｔｅｇｒａｔｏｒ－Ｃｏｍｂ）抽取濾波器、ＨＢ（Ｈａｌｆ－ｂａｎｄ）抽取濾波器、２５５階可編程ＦＩＲ濾波器、自動增益控制器（ＡＧＣ）、重采樣與ＨＢ內(nèi)插濾波器、定時數(shù)控振蕩器、坐標變換器、鑒頻（幅）模塊和輸出模塊。圖１為ＨＳＰ５０２１４Ｂ的功能組成框圖。

    從其結(jié)構(gòu)組成可見，ＨＳＰ５０２１４Ｂ可以完成通常ＤＤＣ所應(yīng)具有的三大功能：一是頻率變換；二是采樣率壓縮（抽取）；三是濾波整形。其中的變頻功能由圖１中所示的正交混頻器完成，抽取和濾波功能則由圖１中所示的ＣＩＣ抽取濾波器、ＨＢ抽取濾波器、２５５階ＦＩＲ抽取濾波器、重采樣和ＨＢ內(nèi)插（Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）濾波器級聯(lián)完成。事實上，這里的變頻和低通濾波合在一起就是帶通信號的正交調(diào)制過程[５]。而其中的抽取功能實際上是通過采樣率變換的多級級聯(lián)實現(xiàn)的。就系統(tǒng)所需的運算量和存儲量來說，采樣率變換的多級實現(xiàn)通常要比單級實現(xiàn)更有效[５]。因此，ＨＳＰ５０２１４Ｂ工作機理的理論淵源就是帶通信號的正交調(diào)制理論和采樣率變換的多級實現(xiàn)理論。除了上述的三大功能以外，ＨＳＰ５０２１４Ｂ還可以完成諸如自動增益控制、片內(nèi)和片間的同步控制、載波和碼元跟蹤以及對部分常規(guī)通信信號的解調(diào)等功能。

２ 引腳描述與技術(shù)特性

    ＨＳＰ５０２１４Ｂ是一個超大規(guī)模集成芯片，共有１２０個引腳，各引腳的說明如表１所示。

表1 HSP50214B 可編程下變頻器的引腳說明

    概括地說，ＨＳＰ５０２１４Ｂ具有的技術(shù)特性如下：

    · 前端處理速度ＣＬＫＩＮ達到６５ＭＳＰＳ，后端處理速度ＰＲＯＣＬＫ達５５ＭＳＰＳ。

    · 全部處理過程的無虛假信號動態(tài)范圍（ＳＦＤＲ）大于１００ｄＢ。

    · 在低通輸出帶寬為９８２ｋＨｚ的時候輸出速率可達１２．９４ＭＳＰＳ。

    · 總抽取因子范圍為４～１６３８４，由于有了重采樣級，抽取因子可以是非整數(shù)。

    · ３２－ｂｉｔ的可編程載頻數(shù)控振蕩器（ＮＣＯ）可用于信道分選和載波跟蹤，頻率分辨率可達０．０１５Ｈｚ（ＣＬＫＩＮ＝６５ＭＳＰＳ時）。

    · ３２－ｂｉｔ的重采樣ＮＣＯ可用于碼元跟蹤。

    · 數(shù)字ＡＧＣ可用于進一步擴大信號的位分辨率，增益容限可在０～９６．３３２ｄＢ、增益調(diào)整速率可在０．０００１０６～３．２７５ｄＢ／ＰＳ之內(nèi)可編程，增益調(diào)整有固定和自動兩種選擇。另外還有輸入電平檢測器用來構(gòu)成外部模擬增益控制環(huán)路。

    · 輸入分辨率為１４－ｂｉｔ，輸出分辨率為１６－ｂｉｔ，支持直接串行、直接并行、ＦＩＦＯ式緩存和快照式緩存輸出。

    · 笛卡兒坐標到極坐標轉(zhuǎn)換器和鑒頻（幅）器可用于ＡＭ、ＳＳＢ、ＦＭ、ＰＭ、ＡＳＫ、ＦＳＫ、ＰＳＫ、ＱＰＳＫ和Ｍ進制ＱＡＭ等信號的解調(diào)。

３ 應(yīng)用體會

    ＨＳＰ５０２１４Ｂ的最大特點是通過其靈活的可編程性可獲得功能的多樣性。它可以與ＨＳＰ５０２１０數(shù)字科斯塔斯環(huán)（Ｄｉｇｉｔａｌ ＣｏｓｔａｓＬｏｏｐ）一起用于ＰＳＫ信號的接收。當用于單信道軟件無線電時，它可同時支持寬帶和窄帶處理。當應(yīng)用于基站接收時，若通過適當?shù)木幊?，ＨＳＰ５０２１４Ｂ可以滿足各種各樣的通信標準，如ＦＤＭＡ中的ＡＭＰＳ（ＩＳ－９１）；ＴＤＭＡ中的ＩＳ－５４、ＧＳＭ、ＰＣＮ和北美ＴＤＭＡＩＳ－１３６；ＣＤＭＡ中的ＩＳ－９５等等。它還可很好地用于第三代移動通信的各種應(yīng)用研究中。

    為了最優(yōu)地配置ＨＳＰ５０２１４Ｂ，必須對該ＰＤＣ芯片進行仔細地研究，既要了解整個ＰＤＣ芯片的結(jié)構(gòu)功能，又要明確芯片中各個模塊在ＰＤＣ中的地位、功能和特性。這是因為在芯片設(shè)計時，其中的每個模塊都被賦予了特殊的作用。ＨＳＰ５０２１４Ｂ的核心是完成三大功能的兩大模塊：變頻模塊和采樣率變換模塊（兼有濾波整形功能）；前者的配置相對簡單一些，比較復(fù)雜的是后者。在采樣率變換模塊中，ＣＩＣ抽取濾波器用來完成主要的抽取任務(wù)；５個ＨＢ抽取濾波器用來完成抽取因子為２的冪次的采樣率壓縮任務(wù)；２５５階ＦＩＲ抽取濾波器其實是指該ＦＩＲ濾波器的最大可用階數(shù)為２５５，整個采樣率變換模塊的濾波整形功能主要由它來承擔，它還可用來補償其前面的濾波器如ＣＩＣ濾波器在通帶內(nèi)的衰減等；重采樣級用來實現(xiàn)采樣率的非整數(shù)倍變換；２級ＨＢ內(nèi)插濾波器可以恢復(fù)由于前面對信號進行抽取而損失的時間分辨率，并且還可以讓前面的２５５階ＦＩＲ濾波器工作在盡量接近Ｎｙｑｕｉｓｔ采樣率的低采樣率下，以使２５５階ＦＩＲ濾波器的可用濾波器階數(shù)增大，從而更好地完成對信號的濾波整形處理[６]。在采樣率變換模塊的配置中需要特別考慮的還有ＰＤＣ芯片的硬件制約因素，如各級間的接口速率是否匹配以及各級濾波器在進行濾波整形處理時能夠正常工作的濾波器指標范圍等。

    此外，在ＰＤＣ的配置中還必須考慮以下模塊：使整個ＰＤＣ芯片正常工作的ＡＧＣ模塊；解調(diào)各種常規(guī)通信信號的鑒頻（幅）模塊；使單片ＰＤＣ內(nèi)的各個模塊以及在多片ＰＤＣ聯(lián)合使用時各ＰＤＣ間都能協(xié)調(diào)工作的同步控制功能模塊等。

４ 一個實用的數(shù)字中頻軟件無線電實驗系統(tǒng)

    在此給出一個實用的數(shù)字中頻軟件無線電實驗系統(tǒng)，如圖２所示。其中用于中頻采樣的ＡＤＣ為ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅ公司的ＡＤ６６４４，接收機中頻為１０．７ＭＨｚ。數(shù)字信號源是為了進行各種軟件無線電的相關(guān)研究而設(shè)置的。ＰＤＣ后的基帶處理器既可以是通用ＤＳＰ，也可以是高檔ＰＣ機。前面的模擬接收機根據(jù)實際需要既可以掛接寬帶接收機，也可以掛接窄帶接收機。全部系統(tǒng)都是通過ＰＣ機控制運行的。通過實驗，ＨＳＰ５０２１４Ｂ可以很好地完成變頻、采樣率壓縮、濾波整形以及對幾種常規(guī)通信信號如ＡＭ、ＦＭ、ＦＳＫ和ＰＳＫ等的解調(diào)。

    事實上，不止是在通信領(lǐng)域，對于各種用途的無線電電子信息接收系統(tǒng)，都可以考慮應(yīng)用象ＨＳＰ５０２１４Ｂ這樣高性能的ＰＤＣ芯片來開發(fā)具有軟件無線電意義上的新一代產(chǎn)品。為了構(gòu)建一個多通道系統(tǒng)，還可以在一個系統(tǒng)中應(yīng)用多片ＨＳＰ５０２１４Ｂ。另外，Ｉｎｔｅｒｓｉｌ于２０００年最新推出了該公司的首片多通道ＰＤＣ——ＨＳＰ５０２１６ＱＰＤＣ（ＱｕａｄＰＤＣ），該ＰＤＣ共有４個通道，每個通道的結(jié)構(gòu)與單片ＨＳＰ５０２１４Ｂ基本相同，但在性能上有所提高，而且可以進行獨立的配置。