O 引言
AD6620是一個寬帶中頻到基帶的解調(diào)器。它的內(nèi)部信號處理單元由四個串聯(lián)單元組成。分別為頻率變換單元、二階固定系數(shù)梳狀濾波抽取濾波器(CIC2)單元、五階固定系數(shù)梳狀濾波抽取濾波器(CIC5)單元和一個系數(shù)可編程的RAM系數(shù)抽取濾波器(RCF)單元。通過串行微處理器接口可以完成對芯片的編程和控制。
AD6620具有16位線性比特補碼輸入(另加3bit指數(shù)輸入)，其單信道實數(shù)輸入模式的最大輸入數(shù)據(jù)速率可高達67 Msps，雙信道實數(shù)輸入模式與單信道復(fù)數(shù)輸入模式的最大輸入數(shù)據(jù)速率高達33．5 Msps。同時，AD6620還具有可編程抽取FIR濾波器與增益控制功能，抽取率在2～163 84之間可編程；輸出具有并行、串行兩種輸出模式，并行模式為16比特補碼輸出。
1 頻率變換器的原理及配置
實現(xiàn)數(shù)字下變頻(DDC)的頻率變換器通常由兩個16 bit乘法器和32 bit的數(shù)控振頻器(NCO)組成。數(shù)控振蕩器產(chǎn)生的本振信號頻率的分辨率可達
，并可產(chǎn)生
的本振信號。NCO利用數(shù)字頻率合成器(DDS)，并由頻率控制字寄存器、相位控制字寄存器、相位累加器和正弦查找表組成，可以靈活地控制本振信號的振蕩頻率和初始相位。這一級單元可完成對輸入信號從射頻(IF)到基帶的頻率搬移。
為了提高NCO的雜散性能，AD6620提供有相位抖動與幅度抖動選項。另外，NCO的設(shè)置包括設(shè)置NCO頻率、NCO相位補償和NCO的特性以及相應(yīng)寄存器的配置。NCO的頻率可由下式計算：
將計算出的NCOFREQ轉(zhuǎn)換成二進制后可寫入NCO頻率編程寄存器的0x303。NCO相位補償由16位NCO相位補償寄存器0x304來配置。0x0000表示沒有相位補償：0xFFFF表示補償為2p。相位補償寄存器允許多路NCO的同步來產(chǎn)生固定和已知相位偏移的輸出，一般取Ox0000。NCO的特性可根據(jù)NCO控制寄存器0x302的各個位的定義來設(shè)置。
2 CIC2抽取濾波器
CIC2濾波器是一個固定系數(shù)抽取濾波器，其最高輸入數(shù)據(jù)速率為67 MHz。抽取率的取值范圍為2～16的整數(shù)。當系統(tǒng)時鐘fCLK是輸入數(shù)據(jù)速率的兩倍或更多倍時，可以通過設(shè)置來屏蔽此工作模塊，否則，最小只能設(shè)置為2。
CIC2濾波器的頻率響應(yīng)函數(shù)為：
其中，SCIC2為幅度比例因子，可用來衰減CIC2濾波器的增益，MCIC2是抽取率。
CIC2濾波器的設(shè)置包括抽取率(MrCIC2 12bit)，插補率(LrCIC2 8 bit)及比例因子(SrCIC25 bit)的設(shè)置。
設(shè)置時可首先確定通帶占用的采樣率百分比
根據(jù)采樣頻率為100’0．5625 MHz／25 MHz=2．25的值，可查表得到MrCIC2 12 bit／LrCIC2 9 bit的值。在實際應(yīng)用中，查到的值一般要大于等于BWfraction，在這里，BWfraction取2．25，查表得到MrCIC2 12 bit／LrCIC2 9 bit最大能取6，故取MrCIC2 12 bit／LrCIC2 9 bit為5。再取LrCIC2 9 bit為1．則MrCIC2 12 bit為5，rCIC2濾波器的輸出頻率frCIC2等于25 MHz／5，即12．5 MHz。這樣，即可將LrCIC2 9 bit 21寫入寄存器0x91，MrCIC2 12bit 21寫入寄存器0x90。
通常幅度比例因子可由式(5)和(6)給出：
因為MrCIC2 12bit取5，LrCIC2 9 bit取1，所以，由上式可以計算出SrCIC2為5，這樣，便可將SrCIC2的值寫入寄存器。
3 CIC5抽取濾波器
CIC5是一個5階固定參數(shù)抽取濾波器，它的濾波特性曲線比CIC2的更為陡峭，可用來在CIC2后進一步降低數(shù)據(jù)速率。CIC5抽取濾波器的抽取率可以取1～32范圍的任何整數(shù)值。當抽取率為1時，此時CIC5被屏蔽。CIC5的輸入頻率即是CIC2的輸出頻率。
CIC5濾波器的頻響函數(shù)如下：
與配置CIC2類似，在配置CIC5時，要確定的參數(shù)有抽取率和比例因子。抽取率的計算可采用與CIC2同樣的方法查出器件數(shù)據(jù)手冊中的對應(yīng)值．而比例因子則可由下式給出：
4 RAM系數(shù)濾波器
RAM系數(shù)濾波器是AD6620中最后一個信號處理功能模塊，它是一個積和形式的、系數(shù)可編程的濾波器。
數(shù)據(jù)存儲器I-RAM、Q-RAM存儲了256個有CIC5濾波器輸出的最新復(fù)數(shù)位采樣值，數(shù)據(jù)位寬度為20 Bit。在同一個時鐘周期，I路和Q路可以使用相同的系數(shù)作為濾波器系數(shù)進行計算，也可以選用不同的系數(shù)進行計算。I、Q路累加器輸出數(shù)據(jù)位寬為23 bit。取抽率可取1～256的整數(shù)值。
5 外部電路配置及內(nèi)部寄存器接入
AD6620工作時。需要正確搭建外部電路，同時還要按需配置內(nèi)部寄存器。
在配置AD6620的外部電路時，需要確定它的工作狀態(tài)和輸出方式，其中輸出方式分為串行和并行兩種。每種輸出方式還應(yīng)配置I／Q路輸出指示和數(shù)據(jù)有效信號DVout。接收機系統(tǒng)選用并行輸出方式，由于AD9235只提供12位數(shù)字信號，而AD6620可接收16位有效信號。故應(yīng)將高12位與AD9235相連，其余低位接地補零。
AD6620的工作模式分為主控(模式0)與從控(模式1)兩種，對于需要并行處理多路下變頻的復(fù)雜系統(tǒng)。只有一片AD6620工作在主控模式。
這兩種模式的區(qū)別在于主控模式。在數(shù)據(jù)處理的每一級工作完成后，會發(fā)出一個同步脈沖，以用于復(fù)雜系統(tǒng)多個AD6620之間的同步工作。與此對應(yīng)。從控模式的各級處理模塊只有在接到這個脈沖后，才能開始本級的處理，這樣才能以保證與其他AD6620芯片的工作協(xié)調(diào)。如主控模式二階梳狀濾波器CIC2完成其工作后，會向其他AD6620的SYNIC CIC2發(fā)出一個時鐘周期的脈沖信號以用于同步。由于接收機中只使用了一片AD6620，而無需等待其他芯片協(xié)同工作的同步脈沖，故配置為模式0，即主控模式。
AD6620的控制接口分串行輸入和并行輸入兩種。由于使用FPGA做芯片配置邏輯，所以，本文選用較靈活、效率較高的并行數(shù)據(jù)作為配置接口的邏輯輸入。
AD6620內(nèi)部各個模塊的配置寄存器并不是等位長的。具體各模塊內(nèi)部配置寄存器的位長見表l所列，而內(nèi)部寄存器的訪問則必須通過外部接口寄存器來指定地址，并由高位到低位按字節(jié)寫入。
外部接口寄存器的位長是固定的，按000到lll編址總共八個。其中低5位的5個寄存器是數(shù)據(jù)寄存器，可用于放入內(nèi)部某地址的不定長數(shù)據(jù)。而高兩位的兩個寄存器是地址寄存器，用于存放將要訪問的內(nèi)部寄存器的目標地址，其中最高位111寄存器又和模式控制寄存器復(fù)用，且其最高兩位標識為寫增長和讀增長，具體結(jié)構(gòu)如表2所列。
在寫寄存器的過程中，讀信號要保持高(失效)。RDY信號是AD6620給出的握手信號，它會在寫信號WR有效之后變低，之后，根據(jù)目標寄存器的不同，將在寫信號有效后最早3個周期內(nèi)再次升高，以表明寫入工作完成。
與寫寄存器過程相似，在讀寄存器過程中，寫信號也要保持高(失效)，RDY信號是AD6620給出的握手信號，它會在讀信號RD有效之后變低，之后再根據(jù)目標寄存器的不同，在讀信號有效后3個周期到5個周期內(nèi)再次升高，以表明寫入工作完成。有效數(shù)據(jù)會在第N+2個時鐘周期后穩(wěn)定的保持在數(shù)據(jù)總線上。
為了使用FPGA來實現(xiàn)對AD6620的配置，在FPGA配置了一個FIFO以用于存放需要配置的所有寄存器的值。在RDY信號重新處于等待狀態(tài)時讀取該FIFO，可獲得下一個目標寄存器的地址和寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)。
設(shè)計時可用QUARTUS II自帶的嵌入式邏輯分析儀SIGNAL-TAP來調(diào)試時序，以完成配置，圖1所示是一個完整的寄存器寫周期的各信號線采樣時序波形。
配置成功后的AD6620工作情況如圖2所示，從圖2中可以看到AD6620的輸入數(shù)據(jù)和AD6620的I，Q兩路的數(shù)據(jù)輸出，同時也可以觀察到各級同步信號的脈沖波形。
6 結(jié)束語
本文對新型ADC器件AD6620使用中的重點和難點問題，也就是AD6620的配置問題，給出了其實現(xiàn)方法，該方法具有一定的參考價值。事實上。該方法中的所有配置均已通過FPGA仿真驗證。并在工作過程中按照實際運行情況通過了Signal-TapII測試。