使用一個FPGA便可實現的64通道下變頻器

?RF Engines公司的ChannelCore64使設計者能夠用一個可對FPGA編程的IP核來替代多達16個DDC(直接下變頻器)ASIC，可顯著減少PCB面積，降低功耗而且增加靈活性。和原來的方法相比，新方法是降低成本的典型代表，隨著通道數目的增加，降低成本的需求愈加突出。在提供靈活性和簡化設計的同時，這種方法也能降低功耗。ChannelCore64的應用包括無線基站，衛星地面站和其它多通道無線電接收器等。謖廡┫低秤τ彌校?枰?右桓銎蕩?淺？淼男藕胖刑崛『芏嗑哂脅煌??淼耐ǖ?或者信號)，然后將整個系統的其它部分與之匹配來簡化設計。

ChannelCore64

??? 幾乎所有的無線接收器都要通過下變頻，從一個非常寬的輸入頻譜中提取一個或者多個相對窄的通道。在系統的前端，隨著靈活性的增加，迫切要求不同的無線接入技術協同合作，允許對波段進行動態的可重新配置，以及對接收系統設計的投資進行前景估計。此外，用戶對帶寬需求的不斷增加，加上諸如MIMO(多輸入/多輸出)等新技術的出現，要求系統必須具有支持和處理越來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個通道，因此，一個復雜的多通道應用就需要多個大且昂貴的系統板。RF Engines公司提出了一個新穎的通道選擇架構，能夠在單個FPGA器件上處理多達64個通道。這能大幅降低成本、面積和功耗，因為一個器件能夠替代原先16個ASIC，尤其在信道數量增加時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，同時還能提供各種先前基于ASIC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境下，最大功耗只有4W。如果用Altera器件實現，性能大體相當。

圖1? ChannelCore64內部構成

??? 此IP核(見圖1)能夠使用戶從一個或者兩個輸入源獨立地選擇各個通道，調節每個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境。一個集成的高質量信號重采樣器能夠保證終端到終端的動態范圍至少在80dB以上，即使對于分數重采樣比例也能達到此動態范圍。這要比其它分數重采樣解決方案高很多。

??? ChannelCore64提供了8個獨立的用戶可編程濾波器，用戶能夠根據系統所需要的性能要求進行匹配。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，作為重采樣處理過程的一部分。能夠對一個4倍的過采樣輸出提供相當于一個80抽頭的濾波器。為了使濾波器能夠提供多個可能的輸出帶寬，選擇濾波器時應充分考慮輸出采樣速率。

??? 重采樣器能夠對每個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。對于每個通道，飽和度指示和微調增益控制的分辨率為0.01dB，各個通道完全獨立，內核執行過程中在不影響其它信道工作的條件下可進行信道重構。

??? ChannelCore64的主要特色包括：支持兩個16位ADC輸入(每個采樣率達140MSPS)；64個獨立的可連接各自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。

??? 該內核針對無線基站、衛星地面站及其它多信道無線接收機等應用。在這些應用中，MIMO技術可被很好地應用，例如用額外的天線來獲得更多的信號信息，通過去除多通路效應，對大量輸入信息的處理可獲得較好的接收質量，因此大大提高了服務質量。通常，天線數目越多，也就意味著需要更多的ASIC，同時也就意味著成本和功耗的增加。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，服務質量大大提高了，但是成本的增加幾乎可以忽略。

??? ChannelCore64 可以EDIF網表的形式交付，同時可以加上用戶約束文件、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境下，精確地仿真ChannelCore64核。該核可提供簡單的授權模型以及用戶變量，包括上變頻器，均可根據需要定制。ChannelCore64已經完成測試，證明其能提供快速的、低風險的、經過優化的解決方案。

圖2? ChannelCore64可在一個FPGA中

實現64個獨立的下變頻通道

??? 這個64位的核能夠和目前流行的A/D轉換技術匹配， 能夠提供通用功能來滿足盡可能廣的要求(見圖2)。RF Engines公司正在對定制FPGA的開發進行專門研究，并且很快就能根據客戶的需要提供相關的替代產品。對于一個給定的核的設計，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， 濾波器參數和無雜散動態范圍。