一种通用中频数字化接收机的实现

2 器件选用及参数设计
设计中的主要器件：模数转换器和数字下变频器分别选用AD公司的AD6645和Intersil公司的ISL5416，这两款器件都是具有较高性价比的器件。AD6645是高速、高性能的模数转换器，具有14 b，105 MSPS采样率。该芯片是目前用于直接中频采样的性能较好的一款芯片，片内包括采保和参考时钟，提供CMOS兼容的输出，输入信号带宽可到270 MHz。
AD6645的采样时钟要求质量高且相位噪声低，如果时钟信号抖动大，信噪比容易恶化，很难保证精度。为了优化性能，AD6645的采样时钟采用差分形式。时钟信号可通过一个变压器或ECL的差分芯片交流耦合到A／D的时钟输入引脚。
数字下变频器ISL5416是四通道宽带可编程下变频器，专为大动态范围应用而设计，输人数据率最高可达95 MSPS，片内包含数控振荡器(NCO)、数字混频器(Mixer)、数字滤波器(CIC和FIR)、自动增益控制AGC和重采样滤波器等。四个并行16 b定点或17 b浮点输入通道，NCO控制字是32 b可编程的、无杂散动态范围SFDR>110 dB。数字滤波器包括可编程级联的CIC滤波器，两个可编程的FIR滤波器级联，第一个FIR滤波器为32阶，第二个FIR滤波器是64阶，每个数字滤波器后接一个可编程抽取计数器，整个器件的总抽取比可从1～4 096。数字AGC增益范围可达96 dB,，内部数据通道是20 b宽度。
时序控制和信号预处理芯片采用Altera公司的A-PEX系列的一款器件。该芯片包括典型的200 000个逻辑门，片内带有逻辑存储单元，具有106 496 b RAM。运算速度和内部资源能满足时序控制和一般信号处理的要求。这个系统的时序控制电路采用Verilog硬件描述语言编程实现。
本系统采用AD6645实现模数变换，用ISL5416完成数字下变频，用FPGA进行时序控制，再配以外围电路构成中频数字接收机电路。用AD6645结合ISL5416是灵活设计中频数字接收机具有较高性价比的组合。
本设计的主要工作是ISL5416的参数选取，主要是数字下变频器芯片ISL5416的NCO和数字滤波器的参数设计和设置。NCO的频率设置范围为-109～+109Hz，本设计NCO选用10 MHz。中频信号经Mixer混频后，需经抗混叠滤波，首先是CIC滤波器，其后是2级FIR滤波器。CIC一般采取5级级联，5级级联可满足杂波抑制的一般要求。其后第一级FIR滤波器主要是进一步降低CIC后数据率，最大化FIR2的效能，FIR2提供最终的滤波效果。中间包括三次抽取。一般抽取器放在滤波器之后，这样即可滤除高频分量，又可确保输出不混叠。图2是滤波器通道流程图。

FIR滤波器可借用专门的滤波器设计软件或Mat-lab软件设计。抽取因子的选取根据不同采样率或数据率进行选取，总抽取因子为各因子相乘，三个抽取器抽取比的选取，一般考虑将大抽取比放在CIC处，因为CIC只做位和加法运算，不做乘法运算，适合实时处理，灵活方便。经过大抽取后降低了后面FIR滤波器设计的压力。最后经滤波，抽取后总效果应做到心中有数，用Matlab进行仿真，以检验各滤波器设计是否合理。
本设计滤波器考虑用5级CIC级联后8级抽取；32阶FIR滤波器后2级抽取；64阶FIR滤波器后2级抽取。这样的总抽取也实现了2．5 MSPS输出数据率。对于FIR1滤波器的设计参数：经8级CIC抽取后，其数据率为10 MHz。选定32阶的FIR滤波器的参数是：采样率10 MHz，通带1 MHz，止带2．5 MHz，通带起伏0．01 dB，阻带衰减80 dB，设计结果如图3所示。

对于FIR2滤波器设计参数：经2级FIR1抽取后，其数据率为5 MHz。选定64阶FIR滤波器的参数是：采样率5 MHz，通带1 MHz，止带1．4 MHz，通带起伏O．01 dB，阻带衰减80 dB，设计结果如图4所示。
ISL5416经8级CIC滤波抽取，2级32阶FIR滤波抽取，2级64阶FIR滤波抽取后总效果用Matlab软件仿真如图5所示。图中显示了3个辛格函数(sinc)的旁瓣。从图5可以看出，带外抑制在90 dBFS以下能够满足实际要求。

3 测试结果和分析
利用图形化编程软件LabVIEW设计一套系统指标测试程序，用该程序对采集的数据分析后结果如图6所示。图6所示的是80 MHz系统采样时钟，输入信号是10．2 MHz的单点频信号，输出为2．5 MSPS数据率。可以看出，信噪比(SNR)为71 dB，无杂散动态范围(SDFR)为77 dB，镜像抑制比为96 dB。这说明I，Q的正交度高，这一点是模拟中频接收机无法比拟的。

该中频数字接收机可处理信号带宽达到20 MHz以上，因此能够满足通讯和雷达系统的一般要求，虽然现在流行用FPGA设计数字接收机，但大容量、高速的FPGA价格昂贵。另外，软件设计也较复杂，而ISL5416功能强大，设计灵活，价格适中，因此ISL5416相对FPGA设计具有较大的性价比优势。但在使用时，要注