使用一個(gè)FPGA便可實(shí)現的64通道下變頻器

RF Engines公司的ChannelCore64使設計者能夠用一個(gè)可對FPGA編程的IP核來(lái)替代多達16個(gè)DDC(直接下變頻器)ASIC，可顯著(zhù)減少PCB面積，降低功耗而且增加靈活性。和原來(lái)的方法相比，新方法是降低成本的典型代表，隨著(zhù)通道數目的增加，降低成本的需求愈加突出。在提供靈活性和簡(jiǎn)化設計的同時(shí)，這種方法也能降低功耗。ChannelCore64的應用包括無(wú)線(xiàn)基站，衛星地面站和其它多通道無(wú)線(xiàn)電接收器等。在這些系統應用中，需要從一個(gè)頻帶非常寬的信號中提取很多具有不同帶寬的通道(或者信號)，然后將整個(gè)系統的其它部分與之匹配來(lái)簡(jiǎn)化設計。

ChannelCore64

幾乎所有的無(wú)線(xiàn)接收器都要通過(guò)下變頻，從一個(gè)非常寬的輸入頻譜中提取一個(gè)或者多個(gè)相對窄的通道。在系統的前端，隨著(zhù)靈活性的增加，迫切要求不同的無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)協(xié)同合作，允許對波段進(jìn)行動(dòng)態(tài)的可重新配置，以及對接收系統設計的投資進(jìn)行前景估計。此外，用戶(hù)對帶寬需求的不斷增加，加上諸如MIMO(多輸入/多輸出)等新技術(shù)的出現，要求系統必須具有支持和處理越來(lái)越多的信號通道的能力。

到目前為止，一般都是利用DDC ASIC，通常能處理達4個(gè)通道，因此，一個(gè)復雜的多通道應用就需要多個(gè)大且昂貴的系統板。RF Engines公司提出了一個(gè)新穎的通道選擇架構， 能夠在單個(gè)FPGA器件上處理多達64個(gè)通道。 這能大幅降低成本、面積和功耗，因為一個(gè)器件能夠替代原先16個(gè)ASIC，尤其在信道數量增加時(shí)較傳統方式更能降低成本。

ChannelCore64利用了一種獨特的下變頻方法，和其它基于FPGA的DDC解決方案相比，此方法能夠獲得很大的硅面積節省，同時(shí)還能提供各種先前基于A(yíng)SIC的DDC芯片具有的配置控制選項。例如，此IP核能夠很好地工作在Xilinx Virtex II Pro 30 FPGA器件上，在所有通道都有效的工作環(huán)境下，最大功耗只有4W。如果用Altera器件實(shí)現，性能大體相當。

圖1  ChannelCore64內部構成

此IP核(見(jiàn)圖1)能夠使用戶(hù)從一個(gè)或者兩個(gè)輸入源獨立地選擇各個(gè)通道，調節每個(gè)通道的中心頻率和增益，且選擇不同的濾波形狀和帶寬采樣速率以適應變化信號的工作環(huán)境。一個(gè)集成的高質(zhì)量信號重采樣器能夠保證終端到終端的動(dòng)態(tài)范圍至少在80dB以上，即使對于分數重采樣比例也能達到此動(dòng)態(tài)范圍。這要比其它分數重采樣解決方案高很多。

ChannelCore64提供了8個(gè)獨立的用戶(hù)可編程濾波器，用戶(hù)能夠根據系統所需要的性能要求進(jìn)行匹配。濾波器設計包括等紋波，根余弦和高斯濾波器等。 這些濾波器能夠工作在高采樣速率下，作為重采樣處理過(guò)程的一部分。能夠對一個(gè)4倍的過(guò)采樣輸出提供相當于一個(gè)80抽頭的濾波器。為了使濾波器能夠提供多個(gè)可能的輸出帶寬，選擇濾波器時(shí)應充分考慮輸出采樣速率。

重采樣器能夠對每個(gè)通道提供輸出速率控制，用于匹配調制系統速率。采樣速率的分辨率小于0.01Hz。對于每個(gè)通道，飽和度指示和微調增益控制的分辨率為0.01dB，各個(gè)通道完全獨立，內核執行過(guò)程中在不影響其它信道工作的條件下可進(jìn)行信道重構。

ChannelCore64的主要特色包括：支持兩個(gè)16位ADC輸入(每個(gè)采樣率達140MSPS)；64個(gè)獨立的可連接各自ADC的下變頻信道；獨立的信道中心頻率調諧能力，分辨率高于0.01Hz；獨立的信道頻寬選擇功能；獨立的采樣率輸出選擇功能，分辨率高于0.01Hz。

該內核針對無(wú)線(xiàn)基站、衛星地面站及其它多信道無(wú)線(xiàn)接收機等應用。在這些應用中，MIMO技術(shù)可被很好地應用，例如用額外的天線(xiàn)來(lái)獲得更多的信號信息，通過(guò)去除多通路效應，對大量輸入信息的處理可獲得較好的接收質(zhì)量，因此大大提高了服務(wù)質(zhì)量。通常，天線(xiàn)數目越多，也就意味著(zhù)需要更多的ASIC，同時(shí)也就意味著(zhù)成本和功耗的增加。然而，利用基于ChannelCore64的解決方案，額外的通道能夠很容易地配置，例如，從24通道到64通道，服務(wù)質(zhì)量大大提高了，但是成本的增加幾乎可以忽略。

ChannelCore64 可以EDIF網(wǎng)表的形式交付， 同時(shí)可以加上用戶(hù)約束文件、例化模版、VHDL模型、測試文件和Matlab模型。Bit-true Matlab模型可以免費提供，允許設計者在系統環(huán)境下，精確地仿真ChannelCore64核。該核可提供簡(jiǎn)單的授權模型以及用戶(hù)變量，包括上變頻器，均可根據需要定制。ChannelCore64已經(jīng)完成測試，證明其能提供快速的、低風(fēng)險的、經(jīng)過(guò)優(yōu)化的解決方案。

圖2  ChannelCore64可在一個(gè)FPGA中
實(shí)現64個(gè)獨立的下變頻通道

這個(gè)64位的核能夠和目前流行的A/D轉換技術(shù)匹配， 能夠提供通用功能來(lái)滿(mǎn)足盡可能廣的要求(見(jiàn)圖2)。RF Engines公司正在對定制FPGA的開(kāi)發(fā)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)研究，并且很快就能根據客戶(hù)的需要提供相關(guān)的替代產(chǎn)品。對于一個(gè)給定的核的設計，其最主要的可變設計參數包括: 數據和可編程界面， 頻率和數據率精度， 濾波器參數和無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍?！?/P>