基于AD6652數(shù)字下變頻模塊的實(shí)現(xiàn)

陳思瑤，田克純，魏 鏡，閆江濤

（桂林電子科技大學(xué) 信息與通信學(xué)院，廣西 桂林 541004）

0 引言

軟件無(wú)線電在現(xiàn)代通信中占據(jù)了重要地位，數(shù)字下變頻模塊是采用軟件無(wú)線電的數(shù)字接收機(jī)的重要組成部分[1]。數(shù)字下變頻器（Digital Down Converter，DDC）主要是用軟件來(lái)控制其載波頻率、抽取和濾波的參數(shù)設(shè)置，以適應(yīng)不同頻段、制式的信號(hào)。DDC技術(shù)已成為數(shù)字接收機(jī)的重要組成部分。

AD6652是Analog Devices公司推出的新型ADC器件，具有精度高、轉(zhuǎn)換速度快等特點(diǎn)，是當(dāng)前用于中頻數(shù)字處理的優(yōu)選器件。筆者對(duì)DDC模塊參數(shù)計(jì)算及配置進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了基于軟件無(wú)線電平臺(tái)的多通道數(shù)字接收機(jī)模塊，并介紹了該模塊及其軟硬件的設(shè)計(jì)方法。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用寬中頻數(shù)字化采樣結(jié)構(gòu)，具有良好的波形適應(yīng)性、信號(hào)帶寬靈活性和可擴(kuò)展性。圖1中，通過控制電路對(duì)AD6652進(jìn)行配置，完成下變頻后將I，Q兩路基帶信號(hào)給DSP處理。本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于采用AD6652將寬中頻的信號(hào)中所需信號(hào)頻點(diǎn)直接變頻至基帶，一方面將包含所有信道的寬帶信號(hào)進(jìn)行分離，將所需的窄帶信號(hào)搬移至基帶并提取出來(lái)；另一方面，對(duì)于分離后的窄帶信號(hào)，采用抽取濾波的方法在保證頻譜不混疊的情況下降低數(shù)據(jù)率。

2 AD6652工作原理

AD6652是Analog公司的高速AD＆DDC器件，芯片由兩部分組成：前端由兩個(gè)獨(dú)立的A/D通道組成，每個(gè)A/D通道的采樣率高達(dá)65 MS/s，采樣位數(shù)為12位。采用差分輸入的結(jié)構(gòu)支持電壓峰－峰值1～2 V的輸入信號(hào)。DDC為矩陣輸入，輸入靈活，減少交叉連接產(chǎn)生的寄生信號(hào)，同時(shí)可以根據(jù)應(yīng)用的不同在抽取濾波后進(jìn)行多相合并，增加帶寬。后端有AGC功能，適合ADC的帶寬輸入信號(hào)經(jīng)過DDC后的增益調(diào)整。

在AD6652的應(yīng)用中，難點(diǎn)在于AD6652的設(shè)置，其編程模型如圖2所示。圖2中，LA[7：0]和LB[7：0]是link口輸出，可直接與DSP相連；PA[7：0]與PA[15：8]是A口16位并口輸出，PB[7：0]與PB[15：8]是B口16位并口輸出；A[2：0]是AD6652的地址總線，D[7：0]是AD6652與微處理器的連接控制口，AD6652內(nèi)部的全部控制字由這個(gè)接口寫入。

每一次對(duì)輸入端口控制寄存器組、處理信道控制寄存器組、輸出端口控制寄存器組的訪問，都需要先通過地址總線A[2：0]選擇需要設(shè)置的外部地址寄存器，然后使用微處理口D[7：0]選擇需要訪問的寄存器組以及需要訪問的寄存器地址寫入控制寄存器的外部地址寄存器組，告訴控制寄存器的外部地址寄存器組接下來(lái)的傳送控制字的目的地。

3 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)主要是AD6652與控制器和DSP的接口設(shè)計(jì)，以及AD6652的硬件設(shè)計(jì)，如圖3所示。控制器通過A（2：0）、D（7：0）并口來(lái)完成對(duì)AD6652的參數(shù)設(shè)置。中頻信號(hào)通過差分輸入給AD6652進(jìn)行模數(shù)變換和下變頻處理，處理后的I，Q兩路基帶信號(hào)通過串口輸出給DSP處理。如果要使兩個(gè)口能夠正確通信，關(guān)鍵是要保持它們之間的同步，否則會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。設(shè)計(jì)時(shí)在DSP內(nèi)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的幀同步信號(hào)直接與AD6652的串口的幀同步信號(hào)SYNC相連，這樣就能很好地解決它們之間的同步問題[2]。

AD6652具有并行數(shù)據(jù)和link口多種輸出方式，可以與大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的接口相連接。它具有極其強(qiáng)大的功能，可以將其應(yīng)用于多載波、多模式數(shù)字接收機(jī)：GSM，EDGE，AMPS，PHS，UMTS，WCDMA，CDMA－ONE，TD－SCDMA，IS95，IS136，CDMA2000，IMT－2000，軟件無(wú)線電，智能天線系統(tǒng)，I/Q解調(diào)系統(tǒng)，寬帶數(shù)據(jù)應(yīng)用，儀器測(cè)試設(shè)備等。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 數(shù)控振蕩器（NCO）頻率參數(shù)的設(shè)置

式中：f是期望NCO輸出的頻率，CLK是AD6652的DDC部分的工作主時(shí)鐘。由f=24 MHz，CLK=60 MHz，算得NCO頻率控制字為01100110011001100110011001100110。

4.2 抽取濾波器組參數(shù)設(shè)置

每路通道抽取濾波器組包括rCIC2濾波器組，CIC5濾波器組，RCF濾波器組。rCIC2濾波器在NCO之后，通過設(shè)置抽取和插值寄存器之間的比值來(lái)降低數(shù)據(jù)率。CIC濾波器旁瓣抑制的獲得是通過多級(jí)CIC濾波器級(jí)聯(lián)來(lái)完成。多級(jí)CIC濾波器級(jí)聯(lián)可以獲得旁瓣抑制的改善，但引入增益以抽取因子D冪次方的形式增大，為了不影響后續(xù)的處理（增益過大使得幅度值溢出），AD6652的rCIC2部分集成了rCIC2增益規(guī)模比例因子，將抽取后的數(shù)據(jù)流進(jìn)行適合的衰減。CIC5繼rCIC2之后進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)率，CIC5和rCIC2有著相同的工作原理。ADC采樣后的數(shù)據(jù)經(jīng)過這兩部分的處理，可以得到需要的下變頻，而且幅度值保持在合理的范圍內(nèi)，這樣使后面的自動(dòng)增益AGC部分可以旁路掉?，F(xiàn)在有一點(diǎn)不足的地方是，信號(hào)沒有經(jīng)過高性能的濾波器，帶寬沒有控制在所需信號(hào)帶寬內(nèi)，需要從已經(jīng)降速的信號(hào)中濾出感興趣的信號(hào)。所以在AD6652內(nèi)部集成了一個(gè)可用Matlab設(shè)計(jì)的RCF濾波器。

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，先設(shè)定ADC采樣速率為60 MHz，經(jīng)過抽取濾波器輸出的數(shù)據(jù)率為187.5 kHz，輸出帶寬為25 kHz。參考AD6652使用手冊(cè)可計(jì)算得：rCIC2的參數(shù)為插值率L=1、抽取率M=16、比例因子S=8，CIC5的參數(shù)為插值率L=1、抽取率M=20、比例因子S=17，RCF的wpass=0.14、wstop=0.21、astop取80 dB，通過Mat?lab計(jì)算得到73個(gè)濾波器系數(shù)，將上述得到的濾波器參數(shù)分別寫入AD6652的內(nèi)部寄存器。

4.3 AD6652初始化

AD6652初始化流程圖如圖4所示[3]。

5 小結(jié)

介紹了可編程DDC芯片AD6652的編程方法以及關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)，完成了工作量最大而繁瑣的部分。該模塊可運(yùn)用于2～30 MHz的多制式多頻點(diǎn)的短波通信中，可以接收信號(hào)并輸出直接變成數(shù)字基帶，為通信中的后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理做了必不可少的準(zhǔn)備。該系統(tǒng)還存在缺陷，由于移動(dòng)信道的復(fù)多徑效應(yīng)，從而使得接收信號(hào)出現(xiàn)衰落現(xiàn)象，可通過分集合并技術(shù)來(lái)解決。

[1] 李琳，張爾揚(yáng).軟件無(wú)線電技術(shù)研究[J].電視技術(shù)，2000，24（5）：47－48.

[2]Analog Devices Inc..AD6652 reference[G].2004.

[3] 姜宇柏，游思晴.軟件無(wú)線電原理與工程應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工程出版社，2006.

陳思瑤（1987-），碩士研究生，主要從事無(wú)線通信系統(tǒng)和移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究；

田克純（1950-），教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事無(wú)線通信系統(tǒng)和移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究。