PAD在接收機動態(tài)可重構結構中的應用設計

可重構結構是一種可以根據具體運算情況重組自身資源，實現(xiàn)硬件結構自身優(yōu)化、自我生成的計算技術。動態(tài)可重構技術可快速實現(xiàn)器件的邏輯重建，它的出現(xiàn)為處理大規(guī)模計算問題提供了一種兼具通用處理器靈活性和ASIC電路高速性的解決方案。在筆者所從事的系統(tǒng)設計中，當模擬器件的一些性能改變但又不能及時更新調整后端的數(shù)字基帶處理時，比如濾波器由于工作時間過長引起的溫漂特性所帶來的影響，此時就可以用可編程模擬器件替代一部分前端固定模擬器件，進而可以實時的對FPGA模塊進行動態(tài)可重構操作，最終達到系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。

　　可編程模擬器件

　　可編程模擬器件是近年來嶄露頭角的一類新型集成電路。它屬于模擬集成電路，即電路的輸入、輸出甚至內部狀態(tài)均為隨時間連續(xù)變化且幅值未經過量化的模擬信號；同時，該類器件又是現(xiàn)場可編程的，即可由用戶通過改變器件的配置來獲得所需的電路功能。為支持上述可編程能力，可編程模擬器件需以可編程模擬單元(CAB)和可編程互連網絡(PIN)為核心，配合配置數(shù)據存儲器、輸入單元、輸出單元或輸入輸出單元等共同構成[1](見圖1)。

圖1　可編程模擬器件組成框圖

　　多數(shù)可編程模擬器件在單一的+5V電源電壓下工作，額定功耗為100mW量級。由于采取了特殊的措施，其輸入、輸出線性范圍通?？蛇_到接近滿電源電壓量程；閉環(huán)帶寬已達到數(shù)百千赫到數(shù)十兆赫；頻率失真度、共模抑制比、內部噪聲等指標也已達到中、高精度運算放大器的水平。

　　盡管模擬信號處理的精度低于數(shù)字信號處理方式，但仍能滿足許多重要應用對計算精度的要求，而所需的電路規(guī)模較小，成本也較低。同時利用其可編程特性，還可以實現(xiàn)精確的自動調諧和自動增益控制，顯著提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

　　相位檢測器的實現(xiàn)

　　TRAC(完全可重配置模擬電路)是英國FAS公司的現(xiàn)場可編程模擬器件系列產品的總稱。它提供了一條從信號處理問題出發(fā)，可解決各種常見的信號處理問題。器件參考模擬計算機的運算單元并加以擴充，使器件內部的每個可編程模擬單元均具備加、減、取負、對數(shù)、反對數(shù)、積分、微分等8種運算功能，因此只需選定運算的類型和給出必要的參數(shù)，便可以很方便地完成對有關單元的設計，根本無須考慮單元電路的內部結構等具體細節(jié)。其內部各單元之間采取自左向右固定連接的形式，所有單元的輸入輸出端均引出至器件引腳上，并且允許利用各單元均具備的“直通”和“關斷”功能或者利用外接的“短路線”來修改這種基本連接[1](見圖2)。

圖2　TRAC器件結構示意圖

　　在筆者所從事的認知無線電硬件平臺設計中，由于需要從強信號背景環(huán)境中識別提取出微弱的信號，因而可利用TRAC器件構成相敏檢測器，并將其作為鎖存放大器的一部分。要實現(xiàn)這一目標，需要電路像窄帶濾波器那樣工作，除去大部分不希望要的強信號而僅允許待測的微弱信號通過。

　　圖3所示為相位檢測器的基本框圖。輸入信號和參考開關信號具有相同的頻率和相位。從所示的開關輸出中可望得到一個全波整流信號，而且經過低通濾波器后，便可得到和交流信號電位成比例的直流電壓輸出。在實際應用中，輸入信號可能非常小，因此還需要加入前置放大級以支持精確的檢測。因為通常需要在一定的范圍內連續(xù)改變參考信號的頻率，同時測量相應的直流輸出。同樣，若需要檢測某個單一頻率，則參考信號必須與待測輸入信號頻率相同。由于相位檢測器也對相位敏感，因此當兩個信號相位相同時會得到最大的輸出電壓。

圖3　相位檢測器框圖