數(shù)字中頻調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
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1．1 TMS320C6416的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
在本系統(tǒng)中，采用了一片TMS320C6416A8作為協(xié)處理器，處理外界接收到的各種通信消息，完成格式的轉(zhuǎn)換、信息預(yù)處理、端機(jī)運(yùn)行控制，擴(kuò)跳頻圖樣計算與管理等功能。TMS320C6416是TI公司推出的TMS320C6000系列中的定點(diǎn)的高速DSP芯片，它采用超長指令字體系結(jié)構(gòu)，CPU時鐘頻率最高可達(dá)到1 GHz時，其運(yùn)算能力最高支持8條指令并行執(zhí)行，定點(diǎn)處理能力最高可達(dá)8 GIPS。它有64個相互獨(dú)立增強(qiáng)的可編程E-DMA通道，可獨(dú)立于CPU進(jìn)行工作，以CPU時鐘速率進(jìn)行數(shù)據(jù)吞吐。DSP在上電時根據(jù)相應(yīng)管腳的狀態(tài)確定Boot模式、工作頻率。TMS320C6416有三種上電自舉方式：No Boot引導(dǎo)、HPI引導(dǎo)與ROM引導(dǎo)。DSP在復(fù)位時檢測BEA[19：18]引腳電平狀態(tài)來確定采用何種Boot模。TMS320C6416T的PLL系數(shù)選擇由引腳CLKMODE1和CLKMODE0決定，復(fù)位時系統(tǒng)檢測這兩個引腳的狀態(tài)，根據(jù)這兩個引腳的狀態(tài)，決定選擇不同的PLL系數(shù)，有BY-PASS方式、×6方式、×12方式、×20方式。本板選用40MHz的外部晶振時鐘輸入，PLL的倍頻系數(shù)設(shè)為20倍，CPU的系統(tǒng)時鐘運(yùn)行在800MHz。
1．2 外部存儲器
1．2．1 EMIFA與SDRAM的接口
TMS320C6416片內(nèi)有1 MB的內(nèi)部RAM存儲器，而用于通信消息格式轉(zhuǎn)換的程序需要500 KB的存儲空間，還需要1 MB的數(shù)據(jù)存儲空間，其片內(nèi)存儲器不能滿足以上程序運(yùn)行和數(shù)據(jù)處理的需要，因此電路系統(tǒng)擴(kuò)展了大容量的SDRAM以存放相關(guān)的數(shù)據(jù)以及程序。
基于以上需求，DSP外部SDRAM采用1片Micron的MT48LC8M3282 8M×32映射到EMIFA總線的CE0外部存儲空間。Micron的MT48LC8M3282是86-pin TSOP的CMOS同步DRAM，最高工作頻率(處理速度)為166MHz(5．5 ns)。SDRAM設(shè)備時鐘始終控制在CPU時鐘速率的1／6，即當(dāng)CPU芯片以800 MHz運(yùn)行時，SDRAM以133 MHz運(yùn)行。
1．2．2 EMIFB與程序FLASH的接口
FLASH存儲器是在EPROM和E2PROM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種非易失性存儲器，在掉電情況下仍能保證數(shù)據(jù)不丟失，并能夠在線實(shí)施擦除和再編程操作。在TMS320C6416的應(yīng)用程序的開發(fā)中，程序代碼或數(shù)據(jù)表是要保存在FLASH或其他非易失存儲器中，以保證掉電時代碼仍在，程序在加電復(fù)位后自動運(yùn)行。TMS320C6416的EMIFB通過異步接口可以支持8位FLASH配置。要實(shí)現(xiàn)TI公司TMS320C6416的外部ROM自舉，8b的ROM ／FLASH存儲器必須配置在TMS320C6416的EMIFB總線上的CE1空間。本系統(tǒng)使用的程序FLASH芯片為Spansion公司S29GL256P，該FLASH芯片是一種存儲量32M×8 b的閃速存儲器，存取時間為90 ns，能夠在線擦除，并能在大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器總線上通過特殊的編碼命令序列編程。為了方便以后FPGA和DSP程序的遠(yuǎn)端動態(tài)更新，本系統(tǒng)采用了FPGA和DSP共享FLASH的方式，當(dāng)DSP收到上位機(jī)更新程序的命令后，通過更新FLASH中相應(yīng)段的內(nèi)容，來更新相應(yīng)FPGA或DSP程序。
1．2．3 EMIFA與FPGA雙口RAM的接口
在本系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)并行處理，需要實(shí)現(xiàn)DSP與FPGA之間的數(shù)據(jù)通信，考慮到數(shù)據(jù)交換的處理速度和軟件編譯的難易程度，本系統(tǒng)采用FPGA內(nèi)建雙口RAM的方式實(shí)現(xiàn)這一功能，具體的實(shí)現(xiàn)方式采用中斷方式，當(dāng)DSP收到上位機(jī)通過高速LVDS傳來的下時隙發(fā)送數(shù)據(jù)命令后，將下一時隙要發(fā)射的數(shù)據(jù)和計算好的擴(kuò)跳頻圖樣，放到與FPGA通信的發(fā)射數(shù)據(jù)單元雙口RAM內(nèi)，向FPGA內(nèi)控制模塊雙口RAM寫中斷命令，F(xiàn)PGA收到中斷后，跟據(jù)內(nèi)部的時隙控制信號，完成RS編碼，MSK數(shù)字調(diào)制，頻合控制，將基帶調(diào)制數(shù)據(jù)送給AD9957，產(chǎn)生70 MHz模擬調(diào)制信號，送給上變頻單元。當(dāng)DSP收到上位機(jī)傳來的下時隙接收數(shù)據(jù)命令后，將下一時隙偽碼和跳頻圖樣計算好后，通知FPGA，F(xiàn)PGA根據(jù)AD9233采樣信號進(jìn)行同步捕獲、解擴(kuò)、解跳、譯碼，將解調(diào)譯碼后的信息送到與DSP通信的接收數(shù)據(jù)單元雙口RAM后，給DSP產(chǎn)成中斷信號，這個中斷信號使DSP完成一次EDMA傳輸，EDMA傳輸完成后，DSP發(fā)出中斷清除命令，并將接收到的信息報給上位機(jī)，從而完成一次完整的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。
1．3 FPGA模塊
本系統(tǒng)中采用了Altera公司的StrixⅢ系列EP3SE110作為核心處理器，完成了數(shù)字中頻MSK調(diào)制解調(diào)、RS編譯碼、CRC校驗(yàn)碼、信號信噪比估計、頻合控制、收發(fā)通道自檢控制、收發(fā)延時測量、TOA測量、各種時隙信號產(chǎn)生和對外600 MHz高速LVDS串行通信等功能。StrixⅢ系列FPGA是Altera公司具有全新構(gòu)架的高密度產(chǎn)品。它采用65 mm工藝，與StratixⅡ相比，器件的邏輯密度是前者的2倍，功耗降低了50％，性能提高了25％。本設(shè)計采用的EP3SE110芯片，片上LVDS總線最高速率可以達(dá)到1．25 Gb／s，該芯片集成有106 500 LE，896個18×18乘法器，16個全局時鐘網(wǎng)絡(luò)，88個等效LVDS通道，片上RAM達(dá)到9 Mb的容量。FPGA的加載方式采用FPP方式，加載時序控制由CPLD來完成。600 MHz高速LVDS采用FPGA內(nèi)部的SERDES來完成，為保證數(shù)據(jù)高效可靠的傳輸，數(shù)據(jù)傳輸采用8b10b編碼。
1．4 D／A模塊
D／A采用AD9957。AD9957是具有18位I，Q數(shù)據(jù)通路和14位DAC的1GSPS正交數(shù)字上變頻器。它在單片上集成了高速直接數(shù)字頻率合成器(DDS)、高速14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器、時鐘乘法器電路、數(shù)字濾波器以及其他DSP功能。AD9957有3種工作模式：正交調(diào)制模式、單頻輸出模式、插值DAC模式。
本系統(tǒng)中MSK調(diào)制方式采用正交調(diào)制，AD9957在正交調(diào)制模式下主要設(shè)置的工作參數(shù)有時鐘倍頻、頻率控制字、內(nèi)插因子、D／A輸出增益控制等。時鐘倍頻：AD9957的系統(tǒng)時鐘頻率=輸入時鐘頻率×倍頻。系統(tǒng)的載波是由DDS提供的，其工作時鐘等于系統(tǒng)時鈍。根據(jù)抽樣與恢復(fù)定理，DDS的工作時鐘至少要兩倍于載波頻率，才有可能產(chǎn)生完整的載波信號。一般情況下，為使DDS產(chǎn)生的載波更為穩(wěn)定，其頻率要小于系統(tǒng)時鐘的40％。為了保證輸出信號的頻譜質(zhì)量，本板的800 MHz系統(tǒng)時鐘直接由時鐘綜合器產(chǎn)生。AD9957內(nèi)部鎖相環(huán)采用旁路方式，內(nèi)插濾波器系數(shù)設(shè)為5，產(chǎn)生與外部基帶調(diào)制數(shù)據(jù)同步的80 MHz時鐘PDCLK。
1．5 A／D模塊
A／D部分的設(shè)計采用ADI公司的AD9233和差分放大器AD8352配合使用，進(jìn)來的70 MHz模擬中頻信號先經(jīng)過AD8352放大后再送給AD9233進(jìn)行處理，AD9233可以在70 MHz輸入頻率下提供85 dBc的SFDR性能，通過SPI或硬件連接，采樣后的數(shù)據(jù)可以輸出為二進(jìn)制補(bǔ)碼、偏移碼和格雷瑪。ADI公司的AD8352低失真放大器可以用于單端轉(zhuǎn)差分輸入，來緩沖和與多種12 b，14 b和16 b的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口。AD8352可以在頻率為180 MHz時達(dá)到一個高達(dá)80 dB的無雜散動態(tài)范圍，差分放大器的增益范圍在0～24 dB之間，可以按照單晶體管要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。
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