筆者在多通道無源雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)的設(shè)計(jì)中，采用了DSP芯片TMS320VC5409控制4片DDC芯片HSP50214B的接口電路，研究了同步控制多片HSP50214B等關(guān)鍵技術(shù)。
DDC芯片HSP50214B
數(shù)字下變頻器HSP 50214B是一個(gè)非常靈活的數(shù)字調(diào)諧器,是INTERSIL公司為了滿足一個(gè)寬范圍的通信商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求而設(shè)計(jì)的,主要用于軟件無線電中A/D后的處理。HSP50214B 的下變頻處理功能是將被抽樣的中頻信號(hào)轉(zhuǎn)變成基帶數(shù)字抽樣信號(hào),完成該功能的模塊包括本振產(chǎn)生器(NCO),積分梳狀濾波器(CIC),多級(jí)半帶濾波器(HB)以及可編程有限脈沖響應(yīng)濾波器(FIR),具有重復(fù)抽取,自動(dòng)增益控制,頻率鑒別,以及多片同步檢測(cè)等功能。如果將HSP50214B和一個(gè)DSP處理芯片直接連接就可以傳遞和處理數(shù)字基帶信號(hào)和狀態(tài)數(shù)據(jù)。可編程下變頻器HSP50214B能夠?qū)?shù)字化的中頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成能夠被標(biāo)準(zhǔn)的DSP微處理器處理的基帶數(shù)據(jù)。
多片DDC與DSP接口電路
HSP50214B的配置通過DSP對(duì)其內(nèi)部控制字操作來實(shí)現(xiàn)，共有255個(gè)32bit的控制字可以分別控制HSP50214B的輸入、抽取、濾波、輸出格式等環(huán)節(jié)。通過地址線A0-A2和數(shù)據(jù)線 D0-D7，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其內(nèi)部控制字的讀寫操作，如圖1所示。
圖1 HSP50214B和DSP接口電路
四片HSP50214B的8位數(shù)據(jù)線同時(shí)占用DSP數(shù)據(jù)線的低8位,3位地址線同時(shí)占用DSP地址線的低3位。由于HSP50214B沒有讀寫寄存器片選信號(hào),因此需要利用DSP的讀寫信號(hào)RD/WR和高位地址線A15-A14位,并由EPLD對(duì)其進(jìn)行譯碼分別控制四片HSP50214B器件的寫信號(hào)WR,該寫信號(hào)負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫入到HSP50214B控制寄存器中,這樣就實(shí)現(xiàn)了片選不同HSP50214B的目的。
HSP50214B的寫操作過程采用間接尋址方式, 32bit的控制字首先通過8bit數(shù)據(jù)線分4次寫入主寄存器,該4次寫操作過程中地址線A2-0應(yīng)依次為[000:011],之后DSP將該控制字對(duì)應(yīng)的8bit目標(biāo)寄存器地址寫入HSP50214B內(nèi)部專有寄存器,此時(shí)地址線應(yīng)為[100],該操作觸發(fā)一個(gè)脈沖,將主寄存器中的32bit控制字加載入目標(biāo)寄存器。控制字在WR信號(hào)的上升沿鎖存入主寄存器。需要格外注意的是,在相鄰控制字加載過程之間需等待4個(gè)時(shí)鐘周期,由HSP50214B進(jìn)行內(nèi)部加載配置。
由于DSP的數(shù)據(jù)總線和地址總線需要同時(shí)與EPLD和四片HSP50214B相連接，為了提高總線的驅(qū)動(dòng)能力，DSP輸出的總線需要通過TI公司的SN74LVTH162245芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后才能與這些異步接口的器件相連接。但是，這樣直接加上驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)和地址總線被四片HSP50214B分時(shí)復(fù)用會(huì)帶來傳輸阻抗不匹配的問題，系統(tǒng)采用的方法是使被復(fù)用的DSP總線上的每一路信號(hào)首先驅(qū)動(dòng)SN74LVTH162245上的四個(gè)輸入端，這樣就可以從它的輸出端得到四個(gè)被相互隔離的四路相同信號(hào)，然后再各自加端接匹配電阻，對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行匹配后再接到各自的終端。這樣不僅解決了信號(hào)隔離問題，還很好地解決了一路信號(hào)線因驅(qū)動(dòng)多路終端所引起的傳輸阻抗不匹配的問題。
此外,DSP的控制信號(hào)通過EPLD譯碼產(chǎn)生DDC的輸入使能信號(hào)ENI,決定DDC芯片開啟工作時(shí)刻。在DSP加載DDC芯片控制字,HSP50214B芯片開始工作后產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)有效信號(hào)DATA_RDY,通過EPLD對(duì)此信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)監(jiān)控,可以實(shí)時(shí)計(jì)算DDC輸出的數(shù)據(jù)量,并進(jìn)而向后級(jí)DSP發(fā)出讀數(shù)據(jù)請(qǐng)求中斷,實(shí)現(xiàn)合理的時(shí)序分配。
多片DDC同步工作的關(guān)鍵技術(shù)
為了實(shí)現(xiàn)多路中頻信號(hào)同步處理,要求DDC同步工作。DSP通過EPLD譯碼控制著四片DDC的輸入使能信號(hào)ENI,在DSP寫DDC控制字期間,ENI處于無效狀態(tài),DSP寫操作結(jié)束后向EPLD發(fā)出控制信號(hào),將四片DDC芯片的輸入端同時(shí)使能,從而實(shí)現(xiàn)了多DDC同步啟動(dòng)工作。
圖2 多片HSP50214B同步工作電路
多片DDC的同步還需要內(nèi)部工作時(shí)鐘的同步,這是通過主從配置實(shí)現(xiàn)的，芯片的前端工作電路由輸入時(shí)鐘(CLKIN)實(shí)現(xiàn)同步，而后端電路由工作時(shí)鐘(PROCLK)實(shí)現(xiàn)同步, 為了使四片DDC和EPLD之間系統(tǒng)時(shí)鐘同步，系統(tǒng)要求用一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)源產(chǎn)生四路相干時(shí)鐘分別分配給EPLD和四片HSP50214B，這給保證時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力和信號(hào)完整性帶來了難度。系統(tǒng)的解決辦法是將溫補(bǔ)晶振產(chǎn)生的40MHz時(shí)鐘信號(hào)首先傳送到一個(gè)零延遲時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片CY2305的輸入端，再由該芯片輸出五路同步時(shí)鐘信號(hào)，其中一路時(shí)鐘直接供給EPLD，其它四路時(shí)鐘分別輸入HSP50214B的輸入時(shí)鐘CLKIN和工作時(shí)鐘PROCLK。
DDC之間由SYNCOUT,SYNCIN1,SYNCIN2,MSYNCO和MSYNCI來控制同步時(shí)序, 如圖2所示。MSYNCO是多芯片同步輸出引腳,系統(tǒng)中HSP50214B_1配置為主芯片,它的MSYNCO輸出連接至四片HSP50214B的MSYNIN引腳;SYNCOUT引腳由前端時(shí)鐘CLKIN或工作時(shí)鐘PROCLK產(chǎn)生,用以同步芯片內(nèi)部工作,其中HSP50214B_1的SYNCOUT引腳連接至四片HSP50214B芯片的SYNCIN2引腳,用以同步DDC芯片內(nèi)部的FIR濾波以及自動(dòng)控制增益(AGC)部分;HSP50214B_2的SYNCOUT引腳連接至四片HSP50214B芯片的SYNCIN1引腳,用以同步DDC芯片內(nèi)部的CIC抽取濾波以及數(shù)控振蕩器部分。
結(jié) 語
在“基于電視信號(hào)的無源雷達(dá)信號(hào)處理”項(xiàng)目中,筆者設(shè)計(jì)的中頻采集板卡對(duì)接收機(jī)輸出的4路伴音和圖像中頻信號(hào)進(jìn)行高速采集與數(shù)字下變頻。筆者在電路設(shè)計(jì)中采用了本文提出的DSP控制多片DDC芯片的接口設(shè)計(jì)方案,對(duì)于4路A/D轉(zhuǎn)換后的高速信號(hào),分別通過DDC進(jìn)行下變頻和多級(jí)抽取濾波。該無源雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)已經(jīng)通過了外場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證,其中的中頻采集板卡經(jīng)測(cè)試可以精確實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻功能,精確度為0.01Hz;抽取模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)速率400倍降低;濾波環(huán)節(jié)有效地增大了采集卡的動(dòng)態(tài)范圍31dB,很好地滿足了無源雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)的指標(biāo)要求。