CN201048369Y

CN201048369Y - 数字信号处理器

Info

Publication number: CN201048369Y
Application number: CNU2007200365805U
Authority: CN
Inventors: 卞蔚云
Original assignee: NANJING BANGDIAN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING BANGDIAN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2017-04-05

Abstract

数字信号处理器，由DSP芯片、CPLD芯片、PCI桥芯片、A/D芯片、DDC芯片、FIFO芯片、FLASH芯片、电源电路以及外围电路组成，模拟IF信号输入至A/D芯片、A/D芯片输出连接DDC下变频芯片、DDC芯片输出再连接FIFO芯片后连接DSP芯片，同时DSP芯片接有PCI桥芯，DSP芯片数据端同时连接FLASH存储芯片，同时设有可编程CPLD芯片的控制端连接FLASH芯片、A/D芯片、DDC下变频芯片、FIFO芯片和DSP芯片的控制端。本实用新型性能更稳定、功耗更低、故障率降低。

Description

数字信号处理器

一、技术领域

本实用新型涉及一种应用于无线电监测系统领域的基于DSP技术的数字信号处理器，尤其是对接收机中频信号进行接收和处理，处理后的数字信号通过PCI接口与PC机进行通信。

二、背景技术

20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术得到迅速的发展。目前，DSP已经广泛应用于高速自动控制、图象处理、通信技术、无线电、语音处理、网络设备、医疗设备、仪器仪表和家电等领域，为数字信号处理提供了高效而可靠的硬件基础。

软件无线电最初起源于军事研究。1992年5月，MILTRE公司的Joe Mitola在美国国家远程系统会议上首次作为军事技术提出了软件无线电(Software Radio，简记为SWR)的概念。随着数模转换器硬件的快速发展和DSP处理能力及处理速度的逐步提高，软件无线电技术在商用和军用无线电通信领域也越来越显示出其强大的吸引力。

软件无线电的核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并且尽可能多地用软件来定义无线功能。可以看出，软件无线电其关键思想与传统结构的区别在于：将A/D和D/A向RF端靠近，由基带移到中频，甚至到射频；同时用高速的DSP/CPU代替传统的专用数字电路和低速DSP/CPU做A/D后的一系列处理。其中，在接收上采用高速中频采样和数字下变频技术是目前蓬勃发展的软件无线电领域的一项关键技术。

DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。

DSP芯片的基本特点：

(1)哈佛结构：主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。由于程序和存储器在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠。

(2)多总线结构：许多DSP芯片的内部都采用多总线结构，这样可以保证在一个机器周期内可以多次访问程序空间和数据空间。

(3)流水线结构：DSP执行一条指令，需要通过取指、译码、取操作数和执行等几个阶段。在DSP中，采用流水线结构，在程序运行过程中它的这几个阶段是重叠的，这样就能保证数字信号处理中用得最多得乘法累加运算可以在单个指令周期内完成。

(4)多处理单元：DSP内部一般都包括又多个处理单元，如算术逻辑运输单元(ALU)、辅助运算单元(ARAU)、累加器(ACC)、以及硬件乘法器(MUL)等。它们可以在一个指令周期内同时进行运算，因此，DSP在进行连续的乘法运算时，每一次乘法运算都是单周期的。DSP的这种多处理单元结构，特别适用于FIR和IIR滤波器。

(5)特殊的DSP指令：为了更好的满足数字信号处理应用的需要，在DSP的指令系统中，设计了一些特殊的DSP指令。

(6)指令周期短：随着集成电路工艺的发展，DSP运行速度越来越快，以TMS320C54x为例，其运行速度可达100MIPS以上。

(7)运算精度高：当前的DSP的字长提高到16位、24位、32位。为防止运算过程中溢出，有的累加器达到40位。此外，一些浮点DSP提供了更大的动态范围。

数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此DSP系统具有的特点：

(1)接口方便：DSP系统与其它以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容，这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口要容易的多。

(2)编程方便：DSP系统种的可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。

(3)稳定性好：DSP系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高、精度高。

(4)可重复性好：模拟系统的性能受元器件参数性能变化比较大，而数字系统基本上不受影响，因此数字系统便于测试，调试和大规模生产。集成方便。DSP系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。

DSP芯片的应用主要有：

(1)信号处理--如，数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、相关运算、频谱分析、卷积等。

(2)通信--如，调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回坡抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、波形产生等。

(3)语音--如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、说话人确认、语音邮件、语音储存等。

(4)图像/图形--如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画、机器人视觉等。

(5)军事--如保密通信、雷达处理、声纳处理、导航等。

(6)仪器仪表--如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理等。

(7)自动控制--如引擎控制、深空、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制。

(8)医疗--如助听、超声设备、诊断工具、病人监护等。

(9)家用电器--如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与游戏、数字电话/电视等

本申请人的数字信号处理器采用一片TI公司的TMS320C6701 DSP芯片和一片FLASH构成的DSP最小系统是整个BD-DSP-I型数字信号处理器的核心部分，同时结合高速中频采样、CPLD、数字下变频和PCI总线接口技术。1.对输入中频信号进行A/D采样。2.采用数字下变频器件进行不同带宽的滤波器设计。3.采用TI公司的高端数字信号处理芯片进行I/Q输出、整形滤波、FFT运算。4.利用PCI桥芯片实现与PC机的通信。

三、发明内容

本实用新型的目的是，提出一种数字信号处理器，尤其是一种基于DSP技术的数字信号处理器，将模拟IF变换为数字I/Q输出、整形滤波、FFT运算，并实现信号带宽的测量、对AM与FM的调制度测量，而且性能更稳定，功耗更低、故障率降低。

本实用新型的目的是这样实现的：数字信号处理器，由DSP芯片、CPLD芯片、PCI桥芯片、A/D芯片、DDC芯片、FIFO芯片、FLASH芯片、电源电路以及外围电路组成，其特征是模拟IF信号输入连接至A/D芯片、A/D芯片输出连接DDC下变频芯片、DDC芯片输出再连接FIFO芯片后连接DSP芯片，同时DSP芯片连接PCI桥芯片，DSP芯片数据端同时连接FLASH存储芯片，同时设有可编程CPLD芯片，其控制端连接FLASH芯片、A/D芯片、DDC下变频芯片、FIFO芯片和DSP芯片的控制端。以上构成本实用新型数字信号处理器的硬件系统；由DSP软件、CPLD逻辑控制软件和PCI驱动软件组成BD-DSP-I型数字信号处理器的软件系统。

本实用新型基于DSP技术的数字信号处理器，尤其是对接收机中频信号进行接收和处理，前端采用高速A/D和DDC用于信号的采集和数字下变频，将数据送入DSP系统完成数字I/Q处理、整形滤波、FFT运算，实现信号带宽的测量、AM与FM的调制度测量。利用PCI和主机通讯、数据传送，最终通过软件将采集并处理过的数据形成用户所需要的频谱图象。本实用新型可以适应在硬件不改变的前提下，可以进行更深层次的开发，包括信号分析、多种数字解调。

本实用新型特点是，提供了BD-DSP-I型数字信号处理器，采用PCI接口，为计算机内置插卡式板卡，可以在任何一台带有PCI总线的计算机上独立使用，也可以同时在一台计算机内使用多个BD-DSP-I型数字信号处理器，便于安装、修改、升级、替换和扩展。在信息化时代IT行业高速发展的今天，电子产品的更新换代更是日新月异，构建一个先进的、可靠的、性能优良的硬件平台可能需要考虑到众多的因素，因此BD-DSP-I型数字信号处理器所采用的核心芯片是TI公司新一代32位浮点DSP芯片TMS320C6701GJC167，适合用于高速度、高精度的场合。

本实用新型可以适应在硬件不改变的前提下，可以进行更深层次的开发，包括信号分析、多种数字解调等。功耗更低、故障率降低。

四、附图说明

图1为本实用新型数字信号处理器硬件框图

图2为本实用新型数字信号处理器硬件电路图

图3为本实用新型数字信号处理器系统软件框架图

五、具体实施方式

如图所示，数字信号处理器由图1、2是其主要硬件构成图，DSP和PCI均是典型连接的数字芯片。本实用新型的系统结构为在一块PCB母板上完成全部的系统功能。PCB母板上安装有：1、DSP系统用于完成数字I/Q处理、整形滤波、FFT运算、带宽的测量、AM与FM的调制度测量；2、PCI桥用于完成DSP和主机通讯、数据传送；3、电源部分用于完成系统电源的转换和供给；4、A/D和DDC用于信号的采集和数字下变频；5、CPLD电路用于系统的逻辑控制。图1中给出了A/D芯片即AD6640、DDC芯片即AD6620、FIFO芯片采用74V263。

DSP采用TI公司新一代32位浮点DSP芯片TMS320C6701GJC167，适合用于高速度、高精度的场合。PCI桥芯片采用PCI9054芯片与TMS320C6701GJC167的相就应端口进行连接。以上芯片构成采用本实用新型方案的的典型型号为BD-DSP-I型的数字信号处理器。

采用的软件工作流程框图参见图3。

本实用新型技术设计指标与协议：

●符合PCI本地总线规范2.2版；

●支持455kHz～21.4MHz内的任意模拟IF输入；

●支持WINDOWS2000、WINDOWS XP、WINDOWS NT操作系统；

●FFT频谱分析带宽300Hz～2MHz；

●IF输入灵敏度-20dBmv；

Claims

1.数字信号处理器，由DSP芯片、CPLD芯片、PCI桥芯片、A/D芯片、DDC芯片、FIFO芯片、FLASH芯片、电源电路以及外围电路组成，其特征是模拟IF信号输入连接至A/D芯片、A/D芯片输出连接DDC下变频芯片、DDC芯片输出再连接FIFO芯片后连接DSP芯片，同时DSP芯片连接PCI桥芯片，DSP芯片数据端同时连接FLASH存储芯片，同时设有可编程CPLD芯片，其控制端连接FLASH芯片、A/D芯片、DDC下变频芯片、FIFO芯片和DSP芯片的控制端。