新型直接数字下变频器件AD6654在VHF跳频电台中的应用

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:介绍了新型高性能直接数字下变频(DDC)器件AD6654的主要特性,并以AD公司16位高性能信号处理器ADSP-BF533为核心,采用AD6654和数字上变频(DUC)器件AD9857成功地实现了VHF跳频电台的发射和接收。着重叙述了ADSP-BF533对AD6654进行控制的三种方式:微型口(Microport)控制方式、串行外设接口(SPI)控制方式和同步串口(Sport)控制方式,最后给出了以串行外设接口进行数字下变频控制,从ADSP-BF533异步外设接口读取AD6654并行端口数据的电路设计方案。实测结果表明:设计电路性能稳定,测试结果令人满意。 关键词:直接数字下变频 AD6654 ADSP-BF533 快跳频 分集合并 1 AD6654主要特性简介 AD6654是AD公司于2004年推出的一款新型DDC器件,主要特性如下: *片内集成有14位92.16MSPS ADC *中频采样速率达到200MHz *内部2.4V参考电压,模拟输入信号峰-峰值2.2V *模拟信号以差分方式输入,具有跟踪、保持性能 *可同时处理4/6路宽带载波信号 图1 *具有可编程的抽取FIR滤波器、半带宽插值滤波器和96dB动态范围的可编程AGC *三个16位可配置的并行输出端口,工作时钟达到200MHz *8/16位微型号、串行外设接口、同步串口控制接口,可以与大多数符合上述标准的接口相连接 AD6654的应用领域主要有: *多载波、多模式数字接收机 *GSM/EDGE/PHS/UMTS/WCDMA/COMA2000/TD-SCDMA *微小区系统、软件无线电、智能天线系统、无线电话 *宽带数据应用、仪器测试设备等 图2 2 VHF战术跳频电台设计 VHF工作频率在30MHz~300MHz之间,这一频段是军事通信的重要频段。当前代表战术跳频电台最高水平的是美国Harris公司生产的FALCON II多系列战术电台,其工作频率在1.6MHz~512MHz之间,能够实现HF、VHF、UHF频带跳频通信,既有单人可携带的电台又有手持式移动终端,并且支持包括地面对地面、地面对空中、地面对卫星等多种战术通信方式。其中的RF-5800V-MP单人可携带电台,工作频率在30MHz~108MHz之间,发射功率50W,语音采用FSK调制,数字语音速率达到16kbps,传输数据时采用格型编码(TCM),能实现最高数据传输速率64kbps,同时具有同步、异步跳频组网通信的能力。FALCON II电台还能提供公用电话网和Internet IP接入服务,能够提供语音、图像、数据、无线电子邮件等服务功能。可以预见:高速跳频、高速数据传输和可靠的网络服务功能是跳频通信的主要发展方向。 本跳频电台以AD公司开发的Blackfin系列高性能16位定点DSP的ADSP-BF533为核心,采用直接数字上变频器件(AD9857)和直接数字下变频器件(AD6654)实现快跳频,跳速达到6000跳/秒,可以传输语音和数据。 系统主要参数如下: *信息速率 语音信号采用AMBE2000标准编码,信息速率4kbps,数据信息速率64kbps *信道速率 6kbps、96kbps *FEC码型 (2,1,6)型卷积编码,生成多项式[133 171],删除后码率为2/3 *跳频速率 6000跳/秒 *调制制式 非相干8FSK *信道间隔 56kHz *跳频序列 41位gold码序列 *频点数 64、128、256 *系统带宽 50MHz *射频 30MHz~80MHz 本系统在快跳频中曾综合考虑了多种非线性分集合并技术:自适应增益控制(AGC)合并、自归一化合并(SNORM)、夹断分集合并(CDC)、比率统计合并(RS)。其中AGC合并性能最好,但实现最难,其它几种实现较容易。最终在语音部分,系统采用每个码三个chip和自归一化分集合并技术。该方法性能次佳,复杂度最低,可以显著降低误比特率。 以ADSP-BF533处理器为核心构成的快速跳频电台系统框图如图1和图2所示。 在发送部分:ADSP-BF533对数据完成编码、交织、伪随机码生成以及8FSK调制,经过数字上变频器件AD9857生成跳频发射信号。ADSP-BF533以6000次/秒的频率更新AD9857输出的跳变信号。用GOLD序列产生一组伪随机码,然后以此伪随机码产生一组跳变频点,再与8FSK调制信息相结合,采用跳频数字调制方法,得到正弦波振荡输出。 在接收部分:接收射频信号经过AD6654后直接变换到基带,以16位方式并行输出。首先ADSP-BF533控制AD6654在一个定频上等待同步头,进入DSP同步拥获程序;一旦捕获到同步信号,DSP即启动跳频码序列发生器,控制查询跳频图案表产生DDS控制字,由该控制字查询预先存储在存储器中的正弦表,产生与发射机同步跳变的载波信号。待跳频同步后,将跳频的基带FSK信号解调出来,然后进行解交织,并经维特比译码后输出信息。上述跳频同步跟踪以及信道译码过程均在ADSP-BF533中完成。 图6 3 ADSP-BG533与AD6654的几种连接方式 AD6654具有8/16位微型口、串行外设接口、同步串口控制接口,频率控制字可以通过上述三种方式写入,但同一时刻只能采用一种方式进行控制。AD6654的微型口可以工作在两种不同模式下:Intel模式(MODE=0,SMODE=0)和Motorola模式(MODE=1,SMODE=0)。Intel模式采用独立的读/写低有效使能信号控制读写操作,Motorola模式采用单一的R/W信号控制读写操作,AD6654设置上述两种模式可以灵活地与多种微处理器实现无缝连接。 图3、图4、图5分别为ADSP-BF533通过串行外设接口、同步串口、微型口与AD6654进行连接的典型方式。其中,ADSP-BF533是主设备,AD6654是从设备。 在图3中,ADSP-BF533的SCK是输出时钟;SPISS是主设备从设备选择信号,SPISS置低使能ADSP-BF533为从设备,SPISS置高使能ADSP-BF533为主设备,在这里ADSP-BF533作为主设备使用,因此置为高电平,接VDD(3.3V);MOSI是主设备输出/从设备输入引脚,在这里作为发送数据引脚;MISO是主设备输入/从设备输出引脚,在这里作为数据输入引脚;通用I/O引脚PF2作为片选信号,与AD6654片选信号/SCS相连。AD6654的SDI是串行数据输入线,SDO是串行数据输出线,SCLK是时钟信号,STFS和SRFS分别是发送和接收帧同步信号,置为低电平,接GND,即默认为已同步。 在图4中,ADSP-BF533的SCK是输出时钟,TFS、RFS是发送和数据收的帧同步信号,DT和DR分别是发送和接收的数据。AD6654的SCLK是时钟输入信号,STFS和SRFS分别是发送和接收的帧同步信号,它们的引脚分别与ADSP-BF533的RFS、TFS引脚相连,SDO和SDI分别是输出和输入的数据。ADSP-BF533的通用I/O信号PF2作为片选信号,其引脚与AD6654的片选信号/SCS引脚相连。 在图5中,ADSP-BF533通过外部总线接口单元(EBIU)与AD6654相连。在ADSP-BF533中,CLKOUT是输出时钟信号,AMS[3]是异步存储器选择信号,AWE和ARE是异步存储器写使能和读使能信号,ABE[1:0]是字节使能信号(没有使用),D[15:0]是16位数据信号,ADDR[8:1]是地址信号。在AD6654中,CPUCLK是微型口的时钟输入信号,CSn是片选信号,RDn和WRn分别是读和写信号。 通过微型口、串行外设接口以及同步串口,ADSP-BF533可以访问AD6654的内部寄存器,直接查询下变频的输出结果,但无法确定数据何时开始更新,因此对于跳频通信而言,下变频后的数据需要从并行输出口实时输出。考虑到ADSP-BF533的特点,本系统采用串行外设接口控制AD6654和16位并行接口输出数据的方式完成从射频到基带信号的转换。 4 ADSP-BF533与AD6654的16位并行输出端口的连接 AD6654具有三个16位可配置的并行输出端口,即A、B、C端口,可以工作在主从两种模式,I/Q数据可以选择交织或并行方式输出,数据位数可以选择8位或16位方式,自动增益(AGC)控制字可以选择是否输出。图6是AD6654从模式8位并行I/Q输出时序图。图中,PCLKn是AD6654的输入时钟信号,PxACK是并行口确认信号,PxREQ是并行口请求信号,Px[15:0]是并行输出端口数据,PXIQ是并行端口I/Q数据标记信号(高电平表示I路数据,低电平表示Q路数据),PXCH[2:0]是输出端口信道标记信号,PXGAIN是并行口AGC输出标记信号。AD6654并行输出口与ADSP-BF533异步外设接口的连接方法如图7所示。 在图7中,CLKOUT是ADSP-BF533的输出时钟信号,由内部主时钟分频产生,送到AD6654的时钟PCLK输入端。在该电路板初始化时,首先向ADSP-BF533控制寄存器写入命令,使得ADSP-BF533读取数据时的插入等状态为零,与AD6654工作时序完全匹配。在AD6654完成数字下变频时,向ADSP-BF533发出读取请求信号PCREQ,该信号在高电平时有效,通过ADSP-BF533的能家长I/O管脚PF15产生中断,由中断服务程序完成8位I/Q数据的读取。图中AOE是ADSP-BF533的异步存储器输出使能信号,该信号为低时表示读周期开始,AMS[3]、AOE经过或非门产生确认信号,送往AD6654的PCACK管脚,同时它的反射信号送往SN74F245的使能端G。AMS[3]是ADSP-BF533的异步存储器选择信号,(ADSP-BF533共有四块异步存储区,AMS[3]选择0x2030000~0x203FFFFF地址单元空间);ARE是ADSP-BF533的异步存储器读信号,ABE[0]/ABE[1]是字节使能输出信号,上述四个信号经或非电路产生SN74F245的读控制信号DIR。为简化设计,ADSP-BF533的地址线ADDR[19:1]没有参与译码。 5 AD6654电路板实测结果 在VHF跳频电台的研制过程中,采用AD6654作为接收机前端,省去多级混频结构,进一步简化了设计,同时有利于高速跳频接收机的实现。在调试过程中,AD6654输入的射频信号为调频波,采用100kHz的正弦波对70MHz载波信号进行FM调制,经过AD6654下变频处理后,得到数字基带信号,然后对基带信号进行功率谱分析,处理结果如图8所示。从测试结果看,经AD6654处理后的信噪比达到20dB以上。在现场测试试验中,ADSP-BF533与AD6654接口板的电路工作稳定,性能指标达到设计要求。
编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/dsp/200703/10432.html
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