基于AD6652数字下变频模块的实现

陈思瑶，田克纯，魏 镜，闫江涛

（桂林电子科技大学 信息与通信学院，广西 桂林 541004）

0 引言

软件无线电在现代通信中占据了重要地位，数字下变频模块是采用软件无线电的数字接收机的重要组成部分[1]。数字下变频器（Digital Down Converter，DDC）主要是用软件来控制其载波频率、抽取和滤波的参数设置，以适应不同频段、制式的信号。DDC技术已成为数字接收机的重要组成部分。

AD6652是Analog Devices公司推出的新型ADC器件，具有精度高、转换速度快等特点，是当前用于中频数字处理的优选器件。笔者对DDC模块参数计算及配置进行了研究，实现了基于软件无线电平台的多通道数字接收机模块，并介绍了该模块及其软硬件的设计方法。

1 系统设计框架

接收机结构如图1所示，采用宽中频数字化采样结构，具有良好的波形适应性、信号带宽灵活性和可扩展性。图1中，通过控制电路对AD6652进行配置，完成下变频后将I，Q两路基带信号给DSP处理。本设计的关键在于采用AD6652将宽中频的信号中所需信号频点直接变频至基带，一方面将包含所有信道的宽带信号进行分离，将所需的窄带信号搬移至基带并提取出来；另一方面，对于分离后的窄带信号，采用抽取滤波的方法在保证频谱不混叠的情况下降低数据率。

2 AD6652工作原理

AD6652是Analog公司的高速AD＆DDC器件，芯片由两部分组成：前端由两个独立的A/D通道组成，每个A/D通道的采样率高达65 MS/s，采样位数为12位。采用差分输入的结构支持电压峰－峰值1～2 V的输入信号。DDC为矩阵输入，输入灵活，减少交叉连接产生的寄生信号，同时可以根据应用的不同在抽取滤波后进行多相合并，增加带宽。后端有AGC功能，适合ADC的带宽输入信号经过DDC后的增益调整。

在AD6652的应用中，难点在于AD6652的设置，其编程模型如图2所示。图2中，LA[7：0]和LB[7：0]是link口输出，可直接与DSP相连；PA[7：0]与PA[15：8]是A口16位并口输出，PB[7：0]与PB[15：8]是B口16位并口输出；A[2：0]是AD6652的地址总线，D[7：0]是AD6652与微处理器的连接控制口，AD6652内部的全部控制字由这个接口写入。

每一次对输入端口控制寄存器组、处理信道控制寄存器组、输出端口控制寄存器组的访问，都需要先通过地址总线A[2：0]选择需要设置的外部地址寄存器，然后使用微处理口D[7：0]选择需要访问的寄存器组以及需要访问的寄存器地址写入控制寄存器的外部地址寄存器组，告诉控制寄存器的外部地址寄存器组接下来的传送控制字的目的地。

3 硬件设计

硬件设计主要是AD6652与控制器和DSP的接口设计，以及AD6652的硬件设计，如图3所示。控制器通过A（2：0）、D（7：0）并口来完成对AD6652的参数设置。中频信号通过差分输入给AD6652进行模数变换和下变频处理，处理后的I，Q两路基带信号通过串口输出给DSP处理。如果要使两个口能够正确通信，关键是要保持它们之间的同步，否则会造成数据丢失。设计时在DSP内产生数据的帧同步信号直接与AD6652的串口的帧同步信号SYNC相连，这样就能很好地解决它们之间的同步问题[2]。

AD6652具有并行数据和link口多种输出方式，可以与大多数标准的接口相连接。它具有极其强大的功能，可以将其应用于多载波、多模式数字接收机：GSM，EDGE，AMPS，PHS，UMTS，WCDMA，CDMA－ONE，TD－SCDMA，IS95，IS136，CDMA2000，IMT－2000，软件无线电，智能天线系统，I/Q解调系统，宽带数据应用，仪器测试设备等。

4 软件设计

4.1 数控振荡器（NCO）频率参数的设置

式中：f是期望NCO输出的频率，CLK是AD6652的DDC部分的工作主时钟。由f=24 MHz，CLK=60 MHz，算得NCO频率控制字为01100110011001100110011001100110。

4.2 抽取滤波器组参数设置

每路通道抽取滤波器组包括rCIC2滤波器组，CIC5滤波器组，RCF滤波器组。rCIC2滤波器在NCO之后，通过设置抽取和插值寄存器之间的比值来降低数据率。CIC滤波器旁瓣抑制的获得是通过多级CIC滤波器级联来完成。多级CIC滤波器级联可以获得旁瓣抑制的改善，但引入增益以抽取因子D幂次方的形式增大，为了不影响后续的处理（增益过大使得幅度值溢出），AD6652的rCIC2部分集成了rCIC2增益规模比例因子，将抽取后的数据流进行适合的衰减。CIC5继rCIC2之后进一步降低数据率，CIC5和rCIC2有着相同的工作原理。ADC采样后的数据经过这两部分的处理，可以得到需要的下变频，而且幅度值保持在合理的范围内，这样使后面的自动增益AGC部分可以旁路掉。现在有一点不足的地方是，信号没有经过高性能的滤波器，带宽没有控制在所需信号带宽内，需要从已经降速的信号中滤出感兴趣的信号。所以在AD6652内部集成了一个可用Matlab设计的RCF滤波器。

根据系统的设计要求，先设定ADC采样速率为60 MHz，经过抽取滤波器输出的数据率为187.5 kHz，输出带宽为25 kHz。参考AD6652使用手册可计算得：rCIC2的参数为插值率L=1、抽取率M=16、比例因子S=8，CIC5的参数为插值率L=1、抽取率M=20、比例因子S=17，RCF的wpass=0.14、wstop=0.21、astop取80 dB，通过Mat⁃lab计算得到73个滤波器系数，将上述得到的滤波器参数分别写入AD6652的内部寄存器。

4.3 AD6652初始化

AD6652初始化流程图如图4所示[3]。

5 小结

介绍了可编程DDC芯片AD6652的编程方法以及关键参数的设计，完成了工作量最大而繁琐的部分。该模块可运用于2～30 MHz的多制式多频点的短波通信中，可以接收信号并输出直接变成数字基带，为通信中的后续数字信号处理做了必不可少的准备。该系统还存在缺陷，由于移动信道的复多径效应，从而使得接收信号出现衰落现象，可通过分集合并技术来解决。

[1] 李琳，张尔扬.软件无线电技术研究[J].电视技术，2000，24（5）：47－48.

[2]Analog Devices Inc..AD6652 reference[G].2004.

[3] 姜宇柏，游思晴.软件无线电原理与工程应用[M].北京：机械工程出版社，2006.

陈思瑶（1987-），硕士研究生，主要从事无线通信系统和移动通信系统的研究；

田克纯（1950-），教授，硕士生导师，主要从事无线通信系统和移动通信系统的研究。