基于GC5016的宽/窄带数据下变频解决方案
来源： 作者： 发布时间：2016-02-10 13:39:30 浏览量：随着电子技术和信号处理技术的发展，宽带数据的应用越来越多，同时窄带数据通信也仍然广泛存在。同时对宽带和窄带数据进行处理是目前无线通信遇到的问题。由于数字接收机系统中，宽带和窄带数据的需求不是事先固定的，而是在信号分析和识别后，自适应地或者由用户现场下发命令，实现宽带或者窄带信号的监测。在这种应用背景下，基于FPGA的数字下变频就面临现场编程问题，一般FPGA解决方法是将各种带宽的参数存储在其FLASH芯片中，随时根据命令来调用不同带宽下的工作参数，但需要的存储空间较大，占用FPGA的资源也较多，基于此方法设计的系统需要大容量的FPGA芯片，系统的功耗较大，价格较高。
1 GC5016及其结构
GC5016是TI公司推出的宽带4通道的可编程数字上下变频器，提供160 Msps输入速率，可以采用双通道联合处理最高320 Msps的输入速率，满足目前绝大部分A/D器件的速率要求。4个完全相同的通道可以独立配置成上变频、下变频或两个上变频、两个下变频电感器q值的组合通道。本文主要介绍其下变频功能。GC5016的内部结构如图1所示。图中给出了GC5016在接收工作模式下的结构图，其内部有4个通道，图中给出了A和B两个通道的结构图，通道C和D具有和这两个通道完全一致的结构。
图1 GC5016内部结构图
输入数据经过数据选择单元进入混频器，数据选择格式有定点16位、浮点16位以及AB双路合成数据3种格式。数字混频器将按照软件配置对信号进行混频，为了便于后面的滤波，一般转换到零频为中心的基带数据。基带数据可以两路合成分别经过滤波器，也可以每路单独进行滤波。滤波器组包括CIC滤波器和可编程滤波器：CIC滤波器可以实现1~256的整数抽取，降低了数据速率;可编程滤波器一般使用FIR滤波器，对信号进一步抽取和整形，这里抽取可以为1~16,可见GC5016可以实现最大的抽取为4 096(16 256)。FIR滤波后的数据经过AGC功率检测和控制模块，数据最后经过输出格式化后输出。
图中配置口是一个并行数据接口，必须经过这个接口配置GC5016的寄存器，也可以通过配置口来读取芯片的寄存器，查看芯片工作是否正常、初始化是否正确等;GC5016具有一个同步输入和同步输出口，可以用于多个GC5016的同步，也可以用于单个芯片内几个通道的同步;JTAG口用于芯片的测试，用户一般不需要连接;电源和时钟复位接口是芯片正常工作的基本配置。
2 硬件系统设计
硬件系统主要由ADC、GC5016、FPGA和DSP组成，如图2所示。
图2 硬件系统
模/数转换芯片ADC采用ADI公司的16位芯片AD9467,其采样插件电感频率高达200 MHz,具有75 dB的SNR和90 dB的SFDR,是一款性能较高的高速ADC.其对外接口是差分LVDS数据和时钟总线，差分输出不能直接连接到GC5016,需要采用FPGA将差分信号转换成单端信号。FPGA以ADC输出的差分时钟为基准时钟对差分数据进行读取和转换，将处理好的单端信号数据仍然在该时钟基准下输出给GC5016.由于FPGA的差分端口是相对应的，因此连接ADC的差分数据线和差分时钟线要注意不能随便连接，尽量安排在FPGA的同一Bank中，否则可能导致传输路径不一致，在高速数据读写下容易产生相位畸变，使得输入和传输数据错误。
DSP和FPGA之间的数据通过HPI接口，由FPGA写入DSP,节省DSP的数据读写时间。DSP和FPGA之间还有EMIF接口，用于DSP对FPGA的控制，DSP和FPGA之间的控制状态由GPIO总线传输。同时，DSP还连接一个EMIF接口到GC5016,用于DSP对GC5016的控制和状态读取。
插件电感器3 软件设计
3.1 GC5016的控制寄存器设置
GC5016的控制寄存器被划分为两部分：8个全局寄存器和总共88页的寄存器，每个页包含了16个寄存器。全局寄存器的访问地址是0x00~0x0F.页寄存器的访问地址需先在全局寄存器的地址2写入页地址，然后再访问0x10~0x1F,就可以访问该页下的寄存器。每一个控制寄存器在芯片内被分配唯一的地址。这样接口的设计就可以将GC5016作为处理器的一个外部存储器来访问。
3.2 GC5016的初始化
GC5016的初始化根据电路的不同可以分为三种情况：第一种是单个GC5016芯差模电感片，第二种是多个GC5016芯片配置由主GC5016芯片同步，第三种是多个GC5016芯片配置由外部源同步。而此次设计中只用一块GC5016进行宽带下变频的验证，所以属于独立GC5
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