跟着电子技能和信号处理技能的开展，宽带数据的运用越来越多，一起窄带数据通讯也依然广泛存在。一起对宽带和窄带数据进行处理是现在无线通讯遇到的问题。因为数字接纳机体系中，宽带和窄带数据的需求不是事前固定的，而是在信号剖析和识别后，自适应地或许由用户现场下发指令，完结宽带或许窄带信号的监测。在这种运用布景下，依据FPGA的数字下变频就面对现场编程问题，一般FPGA解决办法是将各种带宽的参数存储在其FLASH芯片中，随时依据指令来调用不同带宽下的作业参数，但需求的存储空间较大，占用FPGA的资源也较多，依据此办法规划的体系需求大容量的FPGA芯片，体系的功耗较大，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，供给160 Msps输入速率，能够选用双通道联合处理最高320 Msps的输入速率，满意现在绝大部分A/D器材的速率要求。4个完全相同的通道能够独立装备成上变频、下变频或两个上变频、两个下变频的组合通道。本文首要介绍其下变频功用。GC5016的内部结构如图1所示。图中给出了GC5016在接纳作业形式下的结构图，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
输入数据经过数据挑选单元进入混频器，数据挑选格局有定点16位、浮点16位以及AB双路组成数据3种格局。数字混频器将依照软件装备对信号进行混频，为了便于后边的滤波，一般转化到零频为中心的基带数据。基带数据能够两路组成别离经过滤波器，也能够每路独自进行滤波。滤波器组包含CIC滤波器和可编程滤波器：CIC滤波器能够完结1~256的整数抽取，降低了数据速率;可编程滤波器一般运用FIR滤波器，对信号进一步抽取和整形，这儿抽取能够为1~16,可见GC5016能够完结最大的抽取为4 096(16 256)。FIR滤波后的数据经过AGC功率检测和操控模块，数据最终经过输出格局化后输出。
图中装备口是一个并行数据接口，有必要经过这个接口装备GC5016的寄存器，也能够经过装备口来读取芯片的寄存器，检查芯片作业是否正常、初始化是否正确等;GC5016具有一个同步输入和同步输出口，能够用于多个GC5016的同步，也能够用于单个芯片内几个通道的同步;JTAG口用于芯片的测验，用户一般不需求衔接;电源和时钟复位接口是芯片正常作业的根本装备。
2 硬件体系规划
硬件体系首要由ADC、GC5016、FPGA和DSP组成，如图2所示。
图2 硬件体系
模/数转化芯片ADC选用ADI公司的16位芯片AD9467,其采样频率高达200 MHz,具有75 dB的SNR和90 dB的SFDR,是一款功能较高的高速ADC.其对外接口是差分LVDS数据和时钟总线，差分输出不能直接衔接到GC5016,需求选用FPGA将差分信号转化成单端信号。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化，将处理好的单端信号数据依然在该时钟基准下输出给GC5016.因为FPGA的差分端口是相对应的，因而衔接ADC的差分数据线和差分时钟线要注意不能随意衔接，尽量安排在FPGA的同一Bank中，不然或许导致传输途径不一致，在高速数据读写下简单发生相位畸变，使得输入和传输数据过错。
DSP和FPGA之间的数据经过HPI接口，由FPGA写入DSP,节约DSP的数据读写时刻。DSP和FPGA之间还有EMIF接口，用于DSP对FPGA的操控，DSP和FPGA之间的操控状况由GPIO总线传输。一起，DSP还衔接一个EMIF接口到GC5016,用于DSP对GC5016的操控和状况读取。
3 软件规划
3.1 GC5016的操控寄存器设置
GC5016的操控寄存器被划分为两部分：8个大局寄存器和一共88页的寄存器，每个页包含了16个寄存器。大局寄存器的拜访地址是0x00~0x0F.页寄存器的拜访地址需先在大局寄存器的地址2写入页地址，然后再拜访0x10~0x1F,就能够拜访该页下的寄存器。每一个操控寄存器在芯片内被分配仅有的地址。这样接口的规划就能够将GC5016作为处理器的一个外部存储器来拜访。
3.2 GC5016的初始化
GC5016的初始化依据电路的不同能够分为三种状况：第一种是单个GC5016芯片，第二种是多个GC5016芯片装备由主GC5016芯片同步，第三种是多个GC5016芯片装备由外部源同步。而此次规划中只用一块GC5016进行宽带下变频的验证，所以归于独立GC5016芯片的装备。其装备过程如下：
① 写0xFF00到地址0,复位芯片。
② 写0x0000到地址3,制止一切输出。
③ 写0x0004到地址1,发生单触发脉冲。
④ 装载一切的装备寄存器。
⑤ 假如几个通道需求同步操控，需求挑选一个同步源，能够经过在输入文件中参加如下程序来完结同步操控：
soB_sync 4; fir_sync 4; sck_sync 4; nco_sync4; cic_sync 4;
⑥ 写0x0100到地址0,铲除复位。
⑦ 写0x0004到地址1,发生同步脉冲，完结GC5016的设置。3.3 GC5016的cmd5016软件运用
能够运用专门供给的GC5016的装备软件完结对其寄存器的设置。这些装备包含以下内容。
(1) 关键字的类型
关键字的类型，共5种，别离是mandatory(M)、defaulted(D)、computed(C)、unused(X)、expert(E)。其间M是需求用户进行挑选的变量，D是初始化默认值，C是软件操控的变量，X是不必的变量，E一般是一个核算变量，不需求人为设置。
(2) 伪指令
在装备文件中，伪指令mode AB receive 和mode CD receive 能够使GC5016作业在4通道DDC形式。在此形式下需求设置的伪指令有：
◆ mode AB(CD) receive(界说DDC收发形式);
◆ rin_rate(大局变量，接纳输入数据速率，0代表半速率，1代表全速率，2代表双速率);
◆ rin_cmplx(大局变量，接纳输入数据，0为接纳的为实数数据，1为接纳的为复数数据);
◆ splitiq,splitiqAB,splitipCD(两通道或许4通道形式变量);
◆ freq,fck,bypass_mix(复数混频器freq_msb,freq_mid,freq_lsb的设置);
◆ bypass_cic,cic_dec(双C%&&&&&%滤波器的抽取因子);
◆ bypass_fir,fir_dec,fir_diff,fir_nchan,fir_coef(PFIR形式和滤波器抽头);
◆ gain,overall_gain(手动增益设置);
◆ agc_cf,agc_mode,agc_tc(AGC增益设置);
◆ pwr_mtr_on(接纳功率计设置);
◆ routf_tdm(接纳输出格局操控通道D的TDM形式)。
3.4 DSP软件流程
体系的DSP软件流程如图3所示。
DSP上电复位后，初始化相关接口，这些接口包含EMIF接口、HPI接口以及网络和GPIO接口。初始化接口后，DSP等候从网口下发的操控指令，操控指令一般包含解调频率、解调带宽和解调方法等各种信息。DSP依据这些信息设置GC5016的寄存器，并将这些寄存器值写入GC5016,使得GC5016能够正常作业，然后发动FPGA收集GC5016输出的数据，FPGA依照1024个数据一帧进行存储，满一帧后告诉DSP读取这些数据，DSP对这些数据解调后输出到上位机显现或许存储。
图3 DSP软件流程
结语
GC5016是一种抱负的可编程4通道数字上下变频器，依据需求可装备为两路作为上变频、两路作为下变频。当接纳或发射的数据量巨大时，还能够运用多块GC5016并行处理。再加上它的高速率、宽带宽、高无杂散动态规模、低功耗和灵敏装备等各种长处，使得GC5016的运用十分广泛，在CDMA/WCDMA、雷达及软件无线电中都有强壮的生命力和很好的开展前景。
