ISL5216在中频通用接收平台中的应用

软件无线电是一种基于宽带A／D、高速DSP芯片、以软件为核心的崭新体系结构。其基本思想是将宽带A／D尽可能靠近射频天线，以便将接收到的模拟信号尽可能早地数字化，尽量通过软件来实现接收机的各种功能。通过运行不同的算法，实时地配置信号，以提供多模式、多频段的功能。与传统的模拟方式相比，软件无线电具有灵活性、适应性和开放性等特点，被誉为无线电领域的又一次革命。目前软件无线电技术已在通信系统中得到广泛应用。

全数字化接收机是软件无线电中的一个重要基础，其硬件平台可以用可编程的通用DSP或者可重构的专用DSP来实现。目前，由于硬件水平的限制，直接射频数字化还有一定困难。一般是先模拟下变频至合适的中频，在中频直接数字化，然后经数字下变频至基带。模拟下变频完成初步的频率选择，中频采样后经数字下变频完成第二次频率变换。其中，数字下变频的设计是关键技术，它的实现方式有两种，一种是在FPGA内设计实现，另一种是采用专用的数字下变频芯片来实现。本文将对INTERSIL公司生产的四通道数字下变频器ISL5216的功能特点进行详细介绍，并结合自行研制的中频通用接收平台，重点介绍利用其实现数字信号的抽取滤波以降低信号速率的设计要点，并给出了设计实例。

1 ISL5216简介

1．1 ISL5216的功能特点

ISL5216是INTERSIL公司生产的可编程四通道数字下变频器(PDC)，它的基本功能是从输入的宽带信号中提取窄带信号，并将其下变频为数字基带信号，以便后续DSP处理。

该芯片的主要特点如下：

一 输入信号速率达95MSPS；
一 具有四个独立可编程的下变频器通道；
一 具有四个16-bit定点或17-bit浮点模式的并行输入通道；
一 带有32-bit可编程载频数控振荡器(NCO)，无杂散动态范围(SFDR)大于115dB；
一 具有110dB的带外衰减；
一 抽取因子范围为4～65 536；
一 含有24-bit内部数据通道；
一 内含增益容限可达96dB的数字AGC；
一 具有多种滤波器功能(其中包括：1到5级CIC滤波器、半带抽取与插入FIR滤波器、可编程FIR滤波器和重采样FIR滤波器)；
一 可通过串联滤波获得附加带宽；
一 具有四个独立的串行输出通道；
一 采用2．5V内核电压、3．3V外围电压工作。

1．2 ISL5216的内部结构及工作机理

ISL5216具有很大的动态范围和灵活性。在四个通道中，每一个通道都是由前端的载频数控振荡器(NCO)、数字混频器和级联积分梳状滤波器CIC以及后端的FIR滤波器、AGC和直角坐标到极坐标转换器构成。四个通道中的每个通道的参数都可以独立通过微处理器进行编程。图1是ISL5216的内部功能框图。A(15∶0)、B(15∶0)、C(15∶0)和D(15∶0)分别为四条并行的数据输入总线。SDXA、SDXB、SDXC和SDXD为四对串行数据输出线。每一个输入都可以连接到任意一个或所有的内部信号处理通道中去，每一个通道的输出都可以接到任何一个串行输出端。如果多路通道是同步的，那么这些通道可以复用到一个共同的输出端。四个通道共用同一个输入时钟和同一个串行输出时钟。但是输出信号速率既可以是同步的也可以是异步的。位于前端和后端之间的总线多路转换器可以为后端串联的滤波器提供灵活的路由，或者为多相滤波提供从一个前端到多个后端的路由。电平检测器把每一条并行数据输入总线上的信号电平提供给监视器，从而使得微处理器增益控制优于A/D转换器。

每个通道的前端部分都包括有正交数控振荡器(NCO)、数字混频器、桶形移位寄存器和级联积分梳状滤波器(CIC)。NCO具有32-bit频率控制字，可用于信道的分选和载波跟踪，其频率分辨率可达16．3MHz(输入信号速率为70MSPS)。NCO的无虚假信号动态范围(SFDR)大于115dB。桶形移位寄存器可提供介于2-45到2-14之间的增益以防止CIC的溢出。CIC滤波器的级数介于1到5级之间，并且是可编程的，同时，CIC的抽取因子也是可编程的，第5级的抽取因子为5到512，第4级的抽取因子为4到2048，第3级的抽取因子为4到32768，第1级和第2级的抽取因子为4到65536。

每个通道的后端部分包括有FIR处理模块、AGC和直角坐标到极坐标转换器。FIR处理模块是一个灵活的滤波器计算机，它可用于单一或一组串行抽取的滤波，单一滤波器的阶数可达256，一组串行抽取滤波器的总阶数可达384。FIR支持像抽取、重采样、内插等各种类型的滤波器。可编程的数字滤波器系数的宽度为22-bit，ROM中提供的此系数可用于几种半带滤波器响应或重采样器。而AGC部分则可提供增益高达96dB的固定或自动增益控制。自动增益控制具有两种设置模式和两组环增益。AGC环使用的直角坐标到极坐标的转换器输出也可以用于AM或FM解调。