摘要：介紹了Intersil公司推出的可編程數字上變頻器HSP50415的結構、功能和特點，給出了HSP50415在數字上變頻應用中與TMS320VC5509的接口電路。

關鍵詞：軟件無線電；數字上變頻；數字調制；HSP50415

１ 引言

軟件無線電技術已在當今無線通信中得到了迅猛發展，并逐漸成為通信領域一個新的發展方向。軟件無線電的基本思想是在一個通用的硬件平臺上，通過軟件加載的方式用軟件實現所有無線電臺的功能。軟件無線電的理想結構是將Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ盡可能地靠近天線。考慮到目前Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ的帶寬及ＤＳＰ的處理能力，一般采用中頻采樣的軟件無線電結構。


２ ＨＳＰ５０４１５的功能和特點

２．１ ＨＳＰ５０４１５的內部結構和功能

ＨＳＰ５０４１５由２５６深度的ＦＩＦＯ數據緩沖器、星座映射器、成形和內插濾波器、復數乘法器、符號率ＮＣＯ、載波ＮＣＯ及雙路ＤＡＣ組成。其內部組成如圖１所示。各組成部分的功能如下：

前端數據輸入模塊：ＨＳＰ５０４１５的信號輸入管腳是ＤＩＮ(０～１５)、ＩＳＴＲＢ、ＴＸＥＮ和ＤＡＴＡＣＬＫ。數據輸入有兩種方式：一種是固定符號速率傳輸方式，一種是猝發傳輸方式。在固定符號速率傳輸方式下，數據將以２倍采樣率進入數據緩沖區，緩沖區為２５６×３２ｂｉｔ的ＦＩＦＯ。一旦一對Ｉ和Ｑ數據進入ＦＩＦＯ，數據會以采樣率讀出。因為ＦＩＦＯ完成了一個串并變換，將一路信號變換成Ｉ和Ｑ兩路信號，因此輸入端數據率是輸出端的２倍。在猝發方式下，當數據滿或半滿時，ＦＩＦＯ的標志位可觸發ＤＳＰ的中斷，通知ＤＳＰ停止發數據，這時可讀數據。Ｉ／Ｏ輸入時序如圖２所示。

星座映射圖：星座映射圖中有一個用戶可編程查找表（２５６×８ｂｉｔ ＲＡＭ），這個查找表僅支持Ｉ／Ｑ最大位寬為４ｂｉｔ(２５６ＱＡＭ)的數據，可完成各種正交的ＰＭ和ＡＭ基帶碼映射。Ｉ和Ｑ數據合并成８ｂｉｔ的數據作為地址去查表，得到映射數據并以Ｉｏｕｔ＜３:０＞和Ｑｏｕｔ＜３:０＞的形式輸出，如圖３所示。

成形濾波器：成形濾波器的基本內插率為×４、×８或×１６。此外，還有一個可選的２ｂｉｔ模式以供用戶將抽樣率減少１／２。成形濾波器的運算由移位累加來完成，其最大輸入采樣率為ＭＩＮ((ＣＬＫ×２×２＾ｔｗｏＢｉｔＭｏｄｅ)／(＃ｂｉｔ×ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎＲａｔｅ)，ＣＬＫ／４)。若使用２ｂｉｔ模式，則式中ｔｗｏＢｉｔＭｏｄｅ為１，否則為０，＃ｂｉｔ為輸入數據的位數，ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎＲａｔｅ為內插率。

半帶濾波器：半帶濾波器的內插率為２，由于其系數在偶數點上為零，因此可將計算量減少一倍。

內插濾波器：內插濾波器將半帶濾波器的輸出采樣率插值到最終的采樣率Ｆｓｏｕｔ。

數控振蕩器（ＮＣＯ）：為內插濾波器提供時鐘，并允許輸入和輸出采樣率有非整數倍關系。

乘法器：把基帶信號調制到可編程中頻上。

輸出模塊：ＨＳＰ５０４１５內部集成了雙路１２位ＤＡＣ，并由ｘ／ｓｉｎｘ濾波器提供滾降補償，可以實現模擬輸出。另外還提供了１４位數字輸出。

２．２ ＨＳＰ５０４１５的特點

ＨＳＰ５０４１５是一個功能強大的可編程調制器，編程十分靈活，信號的極性可以通過編程來改變，內部集成了高速Ｄ／Ａ轉換器，性價比較高。ＨＳＰ５０４１５具有功耗低、 精度高、可靠性強等優點，其主要性能參數如下：

●最高輸出采樣率達１００ＭＨｚ最高輸入數據率達２５ＭＨｚ。

●編程載波ＮＣＯ和符號ＮＣＯ均為３２位，精度高。

●ｘ／ｓｉｎｘ滾降補償。

●每路有四片６４×７２位的ＦＩＲ濾波器，其系數ＲＡＭ可由Ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司提供的軟件來產生。

●成形濾波器的內插率可編程設置，達２４個符號間隔，半帶濾波器和內插濾波器的系數是固定的。

●數字信號處理能力大于７０ｄＢ（ＳＦＤＲ）。

●１４位數字輸出或雙路１２位Ｄ／Ａ模擬輸出，Ｄ／Ａ處理能力大于５０ｄＢ。微處理器端口有１８個控制寄存器，可方便地控制２５６×３２位ＦＩＦＯ及其深度、成形濾波器的階數、增益調整、符號速率、載波頻率及是否旁路某些模塊等。

２．３ ＨＳＰ５０４１５的主要管腳功能：

ＣＬＫ： 系統時鐘

ＳＹＳＣＬＫ／２： 系統內部時鐘

ＤＩＮ＜１５:０＞： 數據總線

ＣＤＡＴＡ＜７:０＞： 微處理器數據總線

ＲＤ： 微處理器讀

ＷＲ： 微處理器寫

ＡＤＤＲ＜２:０＞： 微處理器地址總線

Ｉｏｕｔ＜１３:０＞,Ｑｏｕｔ＜１３:０＞： 數字輸出

ＩＯＵＴＡ,ＩＯＵＴＢ,ＱＯＵＴＡ,ＱＯＵＴＢ: 模擬輸出

２＊ＳＹＭＣＬＫ： 采樣時鐘的２倍

ＲＥＦＣＬＫ： 參考時鐘

ＤＡＴＡＣＬＫ： 異步數據時鐘

ＴＸＥＮ： 猝發模式選通信號

ＩＳＴＲＢ： 路數據選通信號

ＩＮＴＲＥＱ： 中斷請求信號

ＦＥＭＰＴ,ＦＯＶＥＲ,ＦＦＵＬＬ： ＦＩＦＯ電平監控信號

ＬＯＣＫＤＥＴ： 數字鎖相環的狀態標志

ＩＣＯＭＰ,ＱＣＯＭＰ： 為減小串音提供的補償信號

ＲＥＦＬＯ： 內部參考選擇

ＲＥＦＩＯ： 外部參考電壓輸入

ＦＳＡＤＪ： 滿量程電流調整

２．４ ＨＳＰ５０４１５的初始化及參數設置

ＨＳＰ５０４１５的初始化包括兩部分，一是對控制寄存器的初始化，二是對成形濾波器系數ＲＡＭ及星座映射器ＲＡＭ的初始化。ＨＳＰ５０４１５總共有１８個寄存器，通過對這些控制寄存器的訪問，可以方便地控制２５６×３２位ＦＩＦＯ及其深度、成形濾波器的階數、增益調整、符號速率、載波頻率以及是否旁路某些模塊等，從而便于進行硬件調試。系數和控制字的值可以使用Ｉｎｔｅｒｓｉｌ公司網站提供的可執行文件ｓｉｍ４１５．ｅｘｅ和ｍｏｄｕｌａｔｏｒ．ｅｘｅ方便地產生。圖４表示將值為ＡＡＢＢＣＣＤＤ的控制字送入地址為０Ｃ的控制寄存器的時序。

ＨＳＰ５０４１５的參數可由下面的公式確定：

符號率ＮＣＯ＝（ｓｙｍｂｏｌｒａｔｅ／Ｆｓｏｕｔ）×２３２

載波ＮＣＯ＝（ｃａｒｒｉｅｒＦｒｅｑｕｅｎｃｙ／Ｆｓｏｕｔ）×２３２

３ ＨＳＰ５０４１５的調制原理及實現

ＨＳＰ５０４１５的復數乘法器可完成如下運算：

Ｓ(ｎ)＝Ｉ(ｎ)ｃｏｓ(ω０ｔｓ)－Ｑ(ｎ) ｓｉｎ(ω０ｔｓ)

其中，Ｓ(ｎ)為輸出信號，ω０為載波頻率，ｔｓ為取樣間隔。根據Ｉ(ｎ)和Ｑ(ｎ)編碼方式的不同，可以完成ＢＰＳＫ、ＱＰＳＫ、ｍ－ＱＡＭ等調制方式。如令Ｑ(ｎ)＝０，則：

Ｓ(ｎ)＝Ｉ(ｎ)ｃｏｓ(ω０ｔｓ)

此時即可得到ＤＳＢ調制信號。

４ 用ＨＳＰ５０４１５實現數字上變頻

ＨＳＰ５０４１５編程靈活，可應用于無線電臺的發射系統中。圖５為ＨＳＰ５０４１５與ＴＭＳ３２０ＶＣ５５０９的接口電路，可用來實現數字上變頻技術。

圖中采用了兩個片選信號，用于區分微處理器端口和數據端口。初始化時ＣＥ２選通，ＤＳＰ通過微處理器接口訪問ＨＳＰ５０４１５。初始化完成后ＣＥ０選通，ＤＳＰ每收到一個中斷，便通過ＤＡＴＡ／ＦＩＦＯ接口向ＨＳＰ５０４１５發一個數據。ＸＦ連接ＩＳＴＲＢ以表明這個數據是Ｉ數據還是Ｑ數據。ＣＥ０與ＡＷＥ相或產生ＤＡＴＡＣＬＫ信號。中斷信號由２＊ＳＹＭＣＬＫ產生。

５ 典型程序代碼

５．１ 一個３２位寄存器初始化代碼

ａｍｏｖ ＃ＢＵＦＦ０,ｘａｒ０ ;ＢＵＦＦ０定義為片選２空間的地址０ｘ４０００００

ｍｏｖ ＃０ｘＤＤ, ＊ａｒ０

ａｍｏｖ ＃ＢＵＦＦ１, ｘａｒ０ ;ＢＵＦＦ１定義為片選２空間的地址０ｘ４００００１

ｍｏｖ ＃０ｘＣＣ, ＊ａｒ０

ａｍｏｖ ＃ＢＵＦＦ２, ｘａｒ０ ;ＢＵＦＦ２定義為片選２空間的地址０ｘ４００００２

ｍｏｖ ＃０ｘＢＢ, ＊ａｒ０

ａｍｏｖ ＃ＢＵＦＦ３, ｘａｒ０ ;ＢＵＦＦ３定義為片選２空間的地址０ｘ４００００３

ｍｏｖ ＃０ｘＡＡ, ＊ａｒ０

ａｍｏｖ ＃ＢＵＦＦ４,ｘａｒ０ ;ＢＵＦＦ４定義為片選２空間的地址０ｘ４００００４

ｍｏｖ ＃０ｘ０Ｃ, ＊ａｒ０

５．２ 簡單的發送程序（以正弦波為例）

ｍｏｖ ＃６３， ａｃ０ ;設發射通常為６４,循環發送

ａｍｏｖ ｒｅａｌ_ｄａｔａ, ｘａｒ１ ;ｘａｒ１中存放實數

ａｍｏｖ ｉｍａｇ_ｄａｔａ, ｘａｒ２ ;ｘａｒ２中存放虛數

ｓｅｎｄ:

ａｍｏｖ ＃ＦＩＦＯ, ｘａｒ０ ;定義ＦＩＦＯ為片選０空間地址為０ｘ０２０００

ｂｓｅｔ ｘｆ

ｍｏｖ ＊ａｒ１＋, ＊ａｒ０

ｂｃｌｒ ｘｆ

ｍｏｖ ＊ａｒ２＋, ＊ａｒ０

ｓｕｂ ＃１, ａｃ０

ｂｃｃ ｑｑ, ａｃ０＝＝０

ｒｅｔｉ

ｑｑ: ｍｏｖ ＃６３, ａｃ０

ａｍｏｖ ｒｅａｌ_ｄａｔａ, ｘａｒ１

ａｍｏｖ ｉｍａｇ_ｄａｔａ, ｘａｒ２

ｒｅｔｉ