基于AD6620的正交解调器设计

ic36　　近年来，人们对数字正交解调进行了一系列的研究，提出了不少方法，其中，数字混频正交变换法与模拟解调原理一致，是一种比较理想的解调法，同其他方法相比，其精度更高，误差更小。　　ad6620是美国adi公司生产的数字下变频信号处理器，采用数字混频正交变换完成数字解调功能，在通信、雷达等电子设备中得到了很好的应用。本文将ad6620成功地应用到超声频谱多普勒成像中，完成了其硬件设计和软件编程。

　　频谱多谱勒系统中的正交解调部件　　超声频谱多普勒系统分为正交解调，距离选通和频谱分析3个部件，它们都受一个cpu控制，需要与该cpu通讯。其中，正交解调部件由一个数字下变频器ad6620实现，它的原理框图如图1所示。

　　接收到的回波信号放大后可表示为：

x（t）=a（t）cos[w0t+φ（t）]

　　把x（t）分成两路分别与2cosw0t与-2sinw0t相乘，并用低通滤波器滤除其高频成份，可得上通道的输出为：

va’（t）= a（t）·cos[w0t+φ（t）]×2cosw0t
　 　 　 = a（t）·cosφ（t）+a（t）·cos（2w0t+φ（t）]

　　低通滤波后的输出为：

va（t）=a（t）·cosφ（t）

　　同时可得下通道的输出为：

vb（t）=a（t）·sinφ（t）

　　将va（t）和vb（t）合成复值信号v（t）=va（t）+jvb（t），就可以进行后面的距离选通、频谱分析等处理。

　　数字下变频器 ad6620

　　ad6620主要有以下特征：16位线性比特补码输入（另加3比特指数输入）；单信道实数输入模式最大输入数据率高达67msps，双信道实数输入模式与单信道复数输入模式最大输入数据率高达33.5msps；具有可编程抽取fir滤波器与增益控制，抽取率在2-16384之间可编程，具有并行、串行两种输出模式，并行模式为16位补码输出。

　　ad6620主要由4个内部信号处理单元组成，频谱变换单元、二阶固定系数梳状滤波抽取滤波器（cic2）单元、五阶固定系数梳状滤波抽取滤波器（cic5）单元和一个系数可编程的ram系数抽取滤波器（rcf）单元。

　　方案设计

　　算法设计

　　在ad6620中，输入信号为14位的数字信号，它分别与两路32位解调信号cos（2πnf0/fs）和-sin（2πnf0/fs）相乘得到上下两路输出，分别为va’和vb’，保留结果的高18位，然后经过两级级联cic滤波器抽取滤波，输出经过低通滤波，最后得到两路16位输出信号vs和vb。

　　低通滤波器的设计要综合考虑信号的能量和信噪比，通带增宽可以增强信号能量，但也会增大误差，阻带的截止频率和衰减必须能够有效地抑制高次谐波和其他高频噪声的干扰。本文采用的滤波器的通带截止频率为400khz，阻带截止频率为1.2mhz，阻带衰减大于50db。

　　在本系统中，cic2、cic5和rcf的抽取率分别为2，4、1。它们的传递函数分别为：



　　值得注意的是：以上传递函数所对应的采样率是不同的，假设ad6620输入数据的采样率为25mhz，则hcic2对应的采样率为25mhz，hcic5对应的采样率为12.5mhz，hrcf对应的采样率为3.125mhz， 若要得到它们级联后总的频率特性，需要将它们的采样率统一折算到25mhz。折算后的传递函数为：



　　硬件接口

　　与cpu接口

　　cpu采用mcf5206，与cpu接口包括3位地址线cpu_addr[2..0]、8位数据线cpu_db[7..0]、片选线/cpu_cs、读信号cpu-rd和写信号cpu_wr，其中，cpu的地址线需要先在pld中完成译码后产生3位地址线再送给ad6620，pld选用altera公司的acex 1k系列的ep1k100qc208-3芯片，由于cpu的工作电压为5.0v，而ad6620的工作电压为3.3v,因此cpu的控制信号必须经过电平转换电路才与ad6620相连，本文采用pi74lcx245作为电平转换芯片，它还具有控制数据流动方向的功能。方向控制信号由cpu的r/#w和片选信号组成。

　　与距离选通部件的接口

　　输出16位数据data[5.0]作为距离选通部件的输入，输出dv的高电平表示输出数据有效，低电平表示输出数据无效；输出i/q在输出数据有效时，其高电平表示输出i数据，低电平表示输出q数据，输出的i、q两路数据分时共用16位数据线，利用dv、i/q和时钟将两路数据分开，这部分电路在pld中实现。

　　软件设计

　　ad6620工作参数的配置

　　ad6620的初始化可以由外部控制单元通过ad6620的微处理器接口进行，完成工作模式，nco参数、滤波器参数等设置，外部控制单元还可以通过微处理器接口对ad6620内部寄存器进行动态读写，实现对ad6620动态实时控制，外部控制单元根据ad6620的输出结