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數(shù)字下變頻技術(shù)是軟件無線電的一項核心技術(shù)，其性能的好壞直接影響數(shù)字接收機的精度。數(shù)字下變頻器的作用在于對A/D之后的數(shù)字信號進行頻譜搬移，并與頻譜翻轉(zhuǎn)、抽取、濾波等信號處理相結(jié)合，達到下變頻及分離頻譜成分的目的，因此，在實際應(yīng)用中，選擇一種合適的數(shù)字下變頻器是必不可少的。
GC1012B是GrayChip（TI子公司）推出的單通道帶寬中頻數(shù)字下變頻器，是一種全數(shù)字化的調(diào)協(xié)器，具有高度的可編程性。采用高速的CMOS工藝技術(shù)，最大輸入帶寬可達50MHz，帶內(nèi)任何信號都可以直接下變頻到零中頻。
本文從GC1012B的結(jié)構(gòu)特點和內(nèi)部功能框圖出發(fā)，分析其工作原理，并介紹GC1012B幾個主要寄存器的配置方法，從而實現(xiàn)對頻率、濾波模式、增益大小等參數(shù)的設(shè)置，最后給出了一個具體配置實例作為參考。
1 GC1012B的結(jié)構(gòu)特點
GC1012B具有靈活的可編程性，可通過8位數(shù)據(jù)端口、4位地址端口、讀寫線和1位片選控制線組成的微處理器控制接口來與外處理器（CPLD、FPGA或者DSP）通信，同時通過外處理器對芯片進行配置、控制、監(jiān)視等操作。另外，GC1012B還自帶一個片上診斷電路，可用于簡化系統(tǒng)的調(diào)試和維護。
GC1012B的主要特點有：100MSPS（106個采樣點每秒）輸入速率；0.1Hz調(diào)協(xié)分辨率；動態(tài)范圍大于75dB；輸出帶寬可編程；可12位輸入，10、12、14或16位輸出；采用復(fù)數(shù)或?qū)崝?shù)輸出格式；帶有內(nèi)建的選通/同步發(fā)生器；步長為0.03dB增益調(diào)節(jié)；可用微處理器接口控制輸出和診斷；時鐘丟失時，可自動關(guān)閉電源模式；內(nèi)含片上診斷電路；工作在60MHz、3.3V時，功耗為850mW，采用120引腳PQFP封裝。
2 GC1012B配置方法
GC1012B采用120引腳QFP封裝，3.3V電源供電，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理框圖如圖1所示，從圖中可以看出，GC1012B主要由控制接口電路、數(shù)字振蕩器、混頻器、可編程低通濾波器、增益調(diào)節(jié)電路、輸出格式化電路和診斷電路等組成。
控制接口電路是GC1012B與外處理器通信的部分，可以通過讀寫上面的引腳來控制GC1012B的16個8位控制寄存器，從而實現(xiàn)4個功能：使外處理器配置芯片；外處理器捕獲、讀取芯片的采樣輸出；使外處理器實現(xiàn)芯片診斷；產(chǎn)生內(nèi)部同步選通信號。下面詳細介紹幾個主要的控制寄存器的配置方法，這些控制寄存器通過與控制總線連接的引腳（CS，WE，RE，A[0..3]和C[0..7]進行訪問。表1是它們的地址和名稱。
2.1 濾波模式寄存器
控制寄存器5即濾波模塊寄存器，主要控制濾波輸出、輸出信號頻譜的格式以及診斷電路的輸入模式，其功能見表2。
圖2給出了輸出譜受到實/復(fù)轉(zhuǎn)換、平移、翻轉(zhuǎn)等控制位影響的例子。
2.2 頻率寄存器
頻率寄存器與頻率累加器和一個SIN－COS信號發(fā)生器構(gòu)成數(shù)字振蕩器部分�？刂萍拇嫫�0－3組成了頻率寄存器，它有28個可讀寫位（寄存器3的后4位不用），外處理器通過將28位的頻率字FREQ裝載到這3個頻率寄存器中，從而設(shè)置中心頻率，頻率字的算法可由下式確定：
式中：W為頻率字；F為需要產(chǎn)生的頻率；rc為時鐘速率。
當頻率字W在累加器中累加后，可由累加的高13位產(chǎn)生精度為12位的正、余弦信號，以將信號混頻到零中頻。
2.3 增益控制寄存器
控制寄存器6和7組成了增益控制寄存器，通過下式可設(shè)定輸出增益：
式中：G為增益；S[0－3]為寄存器7的0－3位；B與DEC的對應(yīng)關(guān)系（表2中已經(jīng)列出）。
3 GC1012B在一種應(yīng)用中的配置及優(yōu)點
由于GC1012B是中頻寬帶全數(shù)字下變頻器。同時具有高度的可編程性，因此特別適用于系統(tǒng)中的下變頻應(yīng)用部分，利用它對帶寬數(shù)字中頻信號直接進行下變頻。筆者在設(shè)計一個雷達信號處理系統(tǒng)中就需要對GC1012B進行配置。其系統(tǒng)中完成的具體功能是：將輸入的40MHz數(shù)據(jù)率的采樣信號轉(zhuǎn)換成5MHz數(shù)據(jù)率的正交數(shù)字基帶信號。GC1012B系統(tǒng)時鐘為40MHz，由于模擬中頻信號為30MHz，NCO（數(shù)字控制振蕩器）頻率也調(diào)諧在30MHz。GC1012B的各種參數(shù)通過控制口寫入。具體參數(shù)配置見DDC配置字（只配置以上介紹的4個控制寄存器），描述每個配置字的功能。
DDC配置字：0x00，0x00，0x00，0x0c，0x24，0x08，0x05 register0--register3：Sample Rate：40MHz，DCO Frequency：30MHz register5：diag＝0，flip＝0，offset＝1，real＝0，dec[2：0]＝100（4dec） register6：f[7：0]＝00001000 register7：s[3：0]＝101（5dec），B＝3（dec），gain＝（2＾（5－3））×（1＋8/256）＝4
與傳統(tǒng)的模擬電路相比，采用GC1012B的電路系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：
a）高度數(shù)字化。GC1012B可以實現(xiàn)完全的正交雙通道解調(diào)，同時，系統(tǒng)可對中頻數(shù)字信號直接進行正交解調(diào)變換和分析，從而避免傳統(tǒng)模擬電路在正交解調(diào)時的不足。
b）高度靈活性。GC1012B具有高度可編程性，可以使設(shè)計者很容易通過DSP編程下變頻器、改變帶寬等，使系統(tǒng)靈活應(yīng)用在各種帶寬分析系統(tǒng)中。
此外，GC1012B還具有協(xié)調(diào)精度高，電路設(shè)計簡單等特點，在通信、雷達、軟件無線電等許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
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