---無(wú)線設(shè)備在其發(fā)送通道和接收通道中需要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),兩者統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。過(guò)去,這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器通常直接連接到FPGA或者ASIC,再與通用DSP連接。這些DSP一般只提供連接到轉(zhuǎn)換器的串行接口,根據(jù)音頻應(yīng)用的需要提供小于或等于1MSPS的采樣速率。
---現(xiàn)在DSP的時(shí)鐘頻率可以高達(dá)300MHz甚至更高,所以DSP在需要高速采樣的混合信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的無(wú)線應(yīng)用設(shè)備中可以取代FPGA和ASIC。帶有直接存儲(chǔ)器存取(DMA)的DSP允許外設(shè)和內(nèi)存之間直接通信,而不必通過(guò)DSP內(nèi)核。DSP的異步存儲(chǔ)器接口通常可以被外部存儲(chǔ)器和其他外設(shè)(例如LCD顯示器和通信橋路)共享。
---然而,在每一個(gè)連續(xù)采樣都至關(guān)重要的更高速的實(shí)時(shí)應(yīng)用中,單獨(dú)的DMA是不夠的。因?yàn)镈MA不是專門為連續(xù)的外部受控?cái)?shù)據(jù)流設(shè)計(jì)的,所以它不適合直接連接到高速的ADC和DAC。而有些DSP(例如ADSP-BF532)的并行外設(shè)接口(PPI)能夠滿足這些高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的需求。 高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的選擇考慮
---一些特殊應(yīng)用需求確定了高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能限制和功能集合。例如,ADC可能需要寬輸入帶寬以支持直接中頻(IF)輸入信號(hào)的欠采樣,而DAC可能會(huì)需要足夠高的采樣頻率以簡(jiǎn)化對(duì)模擬濾波器的需要。選擇一個(gè)高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的其他考慮因素包括分辨率、動(dòng)態(tài)范圍、雜散性能、信噪比、信號(hào)幅度、易用性以及需要的帶寬。
---在TDMA和半雙工通信方案中發(fā)送和接收通道共享數(shù)據(jù)總線,所以這對(duì)于選擇一個(gè)帶有ADC和DAC功能的混合信號(hào)前端設(shè)備(例如MxFE混合信號(hào)前端)很有利。例如,AD9975是一種集成的單電源寬帶調(diào)制解調(diào)器前端,它的發(fā)送通道包括一個(gè)內(nèi)插濾波器和10位、50MSPS的ADC,其接收通道包括一個(gè)可編程增益放大器(PGA)、低通濾波器(LPF)和10位、50MSPS的ADC。這個(gè)集成的內(nèi)插器非常重要,因?yàn)樗试S以100MHz的頻率采樣發(fā)送信號(hào),同時(shí)它保持?jǐn)?shù)據(jù)總線帶寬降至50MSPS,這種高采樣頻率顯著降低了模擬重構(gòu)濾波器的復(fù)雜程度。AD9975的特點(diǎn)如表1所示。
---高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器需要一個(gè)由外部振蕩器產(chǎn)生的低抖動(dòng)時(shí)鐘。其內(nèi)部鎖相環(huán)(PLL)產(chǎn)生DAC內(nèi)插采樣頻率。許多混合信號(hào)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器都提供一個(gè)額外的輸出時(shí)鐘直接驅(qū)動(dòng)PPI的輸入時(shí)鐘。 并行端口接口
---并行端口接口(PPI)是一種可以配置成8位和16位之間寬度的多功能并行接口。它支持雙向的數(shù)據(jù)流,并且包括三條同步信號(hào)線和一個(gè)連接到外部時(shí)鐘的時(shí)鐘引腳。該P(yáng)PI能以高達(dá)65MHz的時(shí)鐘頻率接收數(shù)據(jù)。對(duì)于從PPI發(fā)送數(shù)據(jù)的應(yīng)用,如果滿足數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的保持時(shí)間要求,其數(shù)據(jù)發(fā)送速率可能達(dá)到60MHz。該P(yáng)PI還支持專用視頻和通用并行數(shù)據(jù)應(yīng)用,包括高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的連通性。  DMA引擎
---雖然DSP的并行接口簡(jiǎn)化了其到高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的連接,但這只是解決了部分問(wèn)題。DSP還是必須先將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中然后再處理它,并且將處理結(jié)果發(fā)送到某處(或者送入存儲(chǔ)器或者通過(guò)某個(gè)外設(shè)輸出)。這就是一個(gè)靈活的DMA引擎非常有用之處。
---首先,擁有不只一套存儲(chǔ)器DMA通道是很重要的,以便能夠同時(shí)支持多個(gè)存儲(chǔ)器傳送處理。例如,一條雙向通道可能會(huì)支持SDRAM和內(nèi)部存儲(chǔ)器之間的原始數(shù)據(jù)塊傳送,而第二條通道可能將處理過(guò)的數(shù)據(jù)輸出到異步存儲(chǔ)器總線上的某個(gè)設(shè)備。再有,PPI有其自身獨(dú)立的DMA通道,所以其性能不會(huì)因?yàn)榇鎯?chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送而降低。
---另外,可編程DMA的優(yōu)先級(jí)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)控制的原則保證外設(shè)要求的額外帶寬能夠達(dá)到它的要求。其次,“自動(dòng)緩存”功能允許DMA當(dāng)處理過(guò)程完成之后自動(dòng)重新開(kāi)始,所以使一個(gè)傳送過(guò)程完成到下一個(gè)傳送過(guò)程開(kāi)始之間的等待時(shí)間非常短。
---有些DSP甚至提供“二維DMA”功能,這在無(wú)線系統(tǒng)中非常有用。這種功能主要允許將任意一個(gè)矩形區(qū)域的數(shù)據(jù)寫入或者讀出存儲(chǔ)器。它還允許交叉存取,或者去交叉存取同相(I)和正交(Q)數(shù)據(jù),或者視頻圖像中的亮度和色度分量數(shù)據(jù)的存取。  動(dòng)態(tài)電源管理
---無(wú)線和便攜式設(shè)備設(shè)計(jì)工程師在其研發(fā)初期必須考慮功率要求。幸運(yùn)的是,如果選擇DSP作為系統(tǒng)處理器,就不必再因?yàn)橛?jì)算性能而犧牲功耗。為了提供一種實(shí)現(xiàn)便攜式無(wú)線應(yīng)用的最佳平臺(tái),DSP需要支持一種可以根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行調(diào)整的多層次的電源管理方法。
---DSP內(nèi)核的動(dòng)態(tài)功耗與工作電壓的平方成比例,還與工作頻率成線性關(guān)系。也就是說(shuō),如果降低內(nèi)核工作頻率,會(huì)使其動(dòng)態(tài)功耗呈線性降低,而如果降低內(nèi)核工作電壓會(huì)使其功耗呈指數(shù)降低。能夠同時(shí)調(diào)整頻率和電壓的DSP,當(dāng)它以較低的工作頻率和較低的工作電壓運(yùn)行一段代碼時(shí)能夠節(jié)省許多電能。DSP必須能以最小的設(shè)計(jì)開(kāi)銷來(lái)處理電壓-頻率的變化。例如,當(dāng)在ADSP-BF532中設(shè)置一種改動(dòng)的時(shí)候,需要執(zhí)行一個(gè)同步的電壓和頻率的變化。ADSP-BF532的特點(diǎn)如表2所示。
---當(dāng)選擇一個(gè)具有靈活電源管理的DSP時(shí),要考慮的其他因素包括對(duì)多電源區(qū)域的支持、高度可編程的PLL、有選擇地對(duì)禁止某些DSP單元電路的多種待機(jī)模式以支持最短周期有效。
---在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器方面,典型的無(wú)線應(yīng)用在發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖串之前一直關(guān)斷DAC的傳輸通道。旁路類似AD9975數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中的有源接收濾波器和可編程增益放大器(PGA)也可以節(jié)省相當(dāng)多的功率。當(dāng)系統(tǒng)只是在等待檢測(cè)數(shù)據(jù)脈沖串時(shí),在空閑狀態(tài)期間應(yīng)該特別考慮降低功耗的接收工作模式。
---對(duì)于帶有并行外設(shè)接口(PPI)的DSP來(lái)說(shuō),將其與高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器相連是十分簡(jiǎn)單的。在混合信號(hào)寬帶調(diào)制解調(diào)器前端的設(shè)計(jì)中,可將ADSP-BF532 Blackfin DSP的PPI做為一個(gè)35MSPS半雙工接口和AD9975相連,電路如圖1所示,ADSP-BF533評(píng)估板框圖如圖2所示。 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流
---通過(guò)PPI實(shí)現(xiàn)DSP和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器之間的物理連接是一種非常簡(jiǎn)單直接的方法。而且,實(shí)現(xiàn)這種接口只需要1個(gè)時(shí)鐘和16個(gè)數(shù)據(jù)引腳。另外,當(dāng)ADC和DAC共享這個(gè)接口時(shí),通常采用一個(gè)接收允許信號(hào)。
---DSP中的串行外圍接口直接連接到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的SPI端口以實(shí)現(xiàn)初始化、系統(tǒng)配置,控制增益、帶寬和待機(jī)模式。
---在普通的TDMA和半雙工無(wú)線應(yīng)用中,基于DSP的收發(fā)器可能會(huì)頻繁地在從ADC接收數(shù)據(jù)和通過(guò)DAC發(fā)送數(shù)據(jù)這兩種狀態(tài)之間進(jìn)行切換。在PPI上進(jìn)行不同操作方向(輸入和輸出)之間的切換時(shí)間只有幾個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期(一個(gè)典型的系統(tǒng)時(shí)鐘速率是133MHz)。DAC操作可能會(huì)需要額外的保護(hù),特別是利用共享的帶寬,通過(guò)一個(gè)共享的媒介發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候�！扒宄眱�(nèi)插濾波器和其他清零的數(shù)據(jù)通道寄存器都能防止發(fā)送非預(yù)期的信號(hào)。當(dāng)AD9975的發(fā)送允許信號(hào)被解除時(shí),它自動(dòng)地清除其數(shù)據(jù)通道寄存器。
---對(duì)大多數(shù)的應(yīng)用來(lái)說(shuō),使用兩個(gè)GPIO標(biāo)志引腳直接控制混合信號(hào)前端數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中的接收(Rx)允許和發(fā)送(Tx)信號(hào)是足夠的。在這兩個(gè)允許信號(hào)當(dāng)中,只有一個(gè)信號(hào)在某一時(shí)刻能被啟動(dòng),這取決于用戶選擇的是接收功能還是發(fā)送功能。
---系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師也可以利用PPI的同步功能精確安排一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)脈沖串。在這種情況下,利用一個(gè)外部“與”門將發(fā)送信號(hào)和幀同步信號(hào)相“與”,其輸出送給Tx允許引腳。
---將高速ADC和DAC直接連接到高性能DSP是可行的。較高的時(shí)鐘速率、低功率和可直接連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,這些特點(diǎn)使得DSP對(duì)便攜式無(wú)線設(shè)備具有非常大的吸引力。 |
