使用一個FPGA便可實現的64通道下變頻器

RF Engines公司的ChannelCore64使設計者能夠用一個可對FPGA編程的IP核來替代多達16個DDC(直接下變頻器)ASIC，可顯著減少PCB面積，降低功耗而且增加靈活性。和原來的方法相比，新方法是降低成本的典型代表，隨著通道數目的增加，降低成本的需求愈加突出。在提供靈活性和簡化設計的同時，這種方法也能降低功耗。ChannelCore64的應用包括無線基站，衛(wèi)星地面站和其它多通道無線電接收器等。在這些系統(tǒng)應用中，需要從一個頻帶非常寬的信號中提取很多具有不同帶寬的通道(或者信號)，然后將整個系統(tǒng)的其它部分與之匹配來簡化設計。

ChannelCore64

幾乎所有的無線接收器都要通過下變頻，從一個非常寬的輸入頻譜中提取一個或者多個相對窄的通道。在系統(tǒng)的前端，隨著靈活性的增加，迫切要求不同的無線接入技術協(xié)同合作，允許對波段進行動態(tài)的可重新配置，以及對接收系統(tǒng)設計的投資進行前景估計。此外，用戶對帶寬需求的不斷增加，加上諸如MIMO(多輸入/多輸出)等新技術的出現，要求系統(tǒng)必須具有支持和處理越來越多的信號通道的能力。

到目前為止，一般都是利用DDC ASIC，通常能處理達4個通道，因此，一個復雜的多通道應用就需要多個大且昂貴的系統(tǒng)板。RF Engines公司提出了一個新穎的通道選擇架構， 能夠在單個FPGA器件上處理多達64個通道。 這能大幅降低成本、面積和功耗，因為一個器件能夠替代原先16個ASIC，尤其在信道數量增加時較傳統(tǒng)方式更能降低成本。

ChannelCore64利用了一種獨特的下變頻方法，和其它基于FPGA的DDC解決方案相比，此方法能夠獲得很大的硅面積節(jié)省，同時還能提供各種先前基于ASIC的DDC芯片具有的配置控制選項。例如，此IP核能夠很好地工作在Xilinx Virtex II Pro 30 FPGA器件上，在所有通道都有效的工作環(huán)境下，最大功耗只有4W。如果用Altera器件實現，性能大體相當。

圖1  ChannelCore64內部構成

此IP核(見圖1)能夠使用戶從一個或者兩個輸入源獨立地選擇各個通道，調節(jié)每個通道的中心頻率和增益，且選擇不同的濾波形狀和帶寬采樣速率以適應變化信號的工作環(huán)境。一個集成的高質量信號重采樣器能夠保證終端到終端的動態(tài)范圍至少在80dB以上，即使對于分數重采樣比例也能達到此動態(tài)范圍。這要比其它分數重采樣解決方案高很多。

ChannelCore64提供了8個獨立的用戶可編程濾波器，用戶能夠根據系統(tǒng)所需要的性能要求進行匹配。濾波器設計包括等紋波，根余弦和高斯濾波器等。 這些濾波器能夠工作在高采樣速率下，作為重采樣處理過程的一部分。能夠對一個4倍的過采樣輸出提供相當于一個80抽頭的濾波器。為了使濾波器能夠提供多個可能的輸出帶寬，選擇濾波器時應充分考慮輸出采樣速率。

重采樣器能夠對每個通道提供輸出速率控制，用于匹配調制系統(tǒng)速率。采樣速率的分辨率小于0.01Hz。對于每個通道，飽和度指示和微調增益控制的分辨率為0.01dB，各個通道完全獨立，內核執(zhí)行過程中在不影響其它信道工作的條件下可進行信道重構。

ChannelCore64的主要特色包括：支持兩個16位ADC輸入(每個采樣率達140MSPS)；64個獨立的可連接各自ADC的下變頻信道；獨立的信道中心頻率調諧能力，分辨率高于0.01Hz；獨立的信道頻寬選擇功能；獨立的采樣率輸出選擇功能，分辨率高于0.01Hz。

該內核針對無線基站、衛(wèi)星地面站及其它多信道無線接收機等應用。在這些應用中，MIMO技術可被很好地應用，例如用額外的天線來獲得更多的信號信息，通過去除多通路效應，對大量輸入信息的處理可獲得較好的接收質量，因此大大提高了服務質量。通常，天線數目越多，也就意味著需要更多的ASIC，同時也就意味著成本和功耗的增加。然而，利用基于ChannelCore64的解決方案，額外的通道能夠很容易地配置，例如，從24通道到64通道，服務質量大大提高了，但是成本的增加幾乎可以忽略。

ChannelCore64 可以EDIF網表的形式交付， 同時可以加上用戶約束文件、例化模版、VHDL模型、測試文件和Matlab模型。Bit-true Matlab模型可以免費提供，允許設計者在系統(tǒng)環(huán)境下，精確地仿真ChannelCore64核。該核可提供簡單的授權模型以及用戶變量，包括上變頻器，均可根據需要定制。ChannelCore64已經完成測試，證明其能提供快速的、低風險的、經過優(yōu)化的解決方案。

圖2  ChannelCore64可在一個FPGA中
實現64個獨立的下變頻通道

這個64位的核能夠和目前流行的A/D轉換技術匹配， 能夠提供通用功能來滿足盡可能廣的要求(見圖2)。RF Engines公司正在對定制FPGA的開發(fā)進行專門研究，并且很快就能根據客戶的需要提供相關的替代產品。對于一個給定的核的設計，其最主要的可變設計參數包括: 數據和可編程界面， 頻率和數據率精度， 濾波器參數和無雜散動態(tài)范圍?！?/P>