CN206117657U - 一种高频调制解调前端装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高频调制解调前端装置，数字信号处理模块是数字化调制解调器的核心，使用高性能DSP TMS320C6748实现，负责数据的处理和算法运算。根据需要设计了串口、网络接口等通信和控制接口；作为模拟和数字信号的桥梁，信号采集及数据转换模块使用的ADC/DAC具有很高的抗混叠性和分辨率，大大降低了信号的噪声，而McBSP接口可以完成ADC/DAC与数字信号处理模块的高速数据传输。

Description

一种高频调制解调前端装置

技术领域

本实用新型属于通信技术领域，尤其涉及一种高频调制解调前端装置，可以满足高频通信设备使用。

背景技术

短波通信是使用波长为10m-100m，频率为3-30MHz的电磁波进行数据传输的无线电通信方式。短波通信设备小巧便携、构造简单，可以根据不同使用环境进行设置，组网方便快捷，可以选择固定或移动通信方式，具有很高的使用灵活型，在军事通信中一直占据着重要地位，是世界各国重点发展的军事通信手段之一。

短波信道上的信号频率较高，而语音信号或其他数据信号一般是低频或中频信号，因而必须使用短波调制解调器进行信号的转换和处理。短波调制解调器是实现短波通信的重要部件，也是军事领域中用于远程通信的重要装备之一，在军事通信中的应用范围广、数量庞大。调制解调器是数字通信系统的基本组成部分，它将接收的数字信号转换成适合信道传输的模拟信号，然后通过空气等介质发送出去；在接收端，调制解调器则完成相反的过程，将模拟信号解调转换成的数字信号。一个完善的通信系统，在噪声控制技术达到一定水平后，整个系统的性能很大程度上取决于调制解调器所采用的调制解调技术、滤波形式和编解码方法等技术。

短波通信通过电离层对无线电波的反射进行远距离通信，由于电离层的高度和浓度受季节、时间、太阳黑子活动等自然因素和高空核试验、大功率雷达等人为因素的影响，使信号发生干扰或数据丢失，影响通信质量，严重时会出现通信中断的现象。在这种不稳定的信道传输数据时，要实现较低误码率的传输，传输速率会很低，因而短波通信的数据传输速率一直都是限制其发展的瓶颈。由于无线电频谱有限，短波信道的带宽受到限制，因而在特定频段内频谱内十分拥挤，信道之间的干扰也十分严重。

随着微型计算机、微电子技术的发展，解决了短波通信的一些缺点和问题，使其重新得到了重视，在自适应技术、组网等方面都有较大的研究进展。微处理器、数字信号处理器，使短波通信的数据传输速率和通信质量都得到了提升。世界各国都加大了对短波通信技术的研究，竞相推出各种调频短波调制解调器。我国现在使用的短波通信调制解调器，普遍存在数据传输速率低、可靠性差的问题。本实用新型设计的调制解调器利用高性能、高数据传输速率的数据转换器，在宽带下数据速率可用于所有短波数字通信应用，其高速率和低误码率性能进一步拓宽短波通信的应用范围。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于设计一种新型的高频调制解调器前端装置，目的在于提高调制解调器的性能、数据传输速率的和数据转换率。

为实现上述发明目的，本实用新型的技术方案是：

一种高频调制解调前端装置，包括四个模块：信号采集及数据转换模块1、数字信号处理模块2、电源时钟存储模块3和接口电路模块4，所述信号采集及数据转换模块1、电源时钟存储模块3和接口电路模块4均连接于所述数字信号处理模块2。

进一步根据所述高频调制解调前端装置，信号采集及数据转换模块1包括低噪声放大器Ⅰ101、低噪声放大器Ⅱ102、模拟数字转换器103、数字模拟转换器104和数字滤波器105，低噪声放大器Ⅰ101连接于模拟数字转换器103，模拟数字转换器103连接于数字滤波器105，数字滤波器105连接于数字模拟转换器104，数字模拟转换器104连接于低噪声放大器Ⅱ102。

进一步根据所述高频调制解调前端装置，电源时钟存储模块3包括电源系统301、时钟302和存储器303，电源系统301连接于数字信号处理模块2和信号及数据转换模块1，时钟302和存储器303均连接于数字信号处理模块2，所述电源系统301为信号采集及数据转换模块1和数字信号处理模块2提供电源，时钟302为数字信号处理模块2提供时钟信号。

进一步根据所述高频调制解调前端装置，接口电路模块4包括RS-232、RS485、JTAG和USB，接口电路模块4与数字信号处理模块2连接，通过接口转换电路扩展出RS232、RS485、JTAG、USB等接口，供调试或通信使用。

进一步根据所述高频调制解调前端装置，信号采集及数据转换模块1中采用的TLV320AIC11芯片，输出端OUTP与600Ω负载R连接，再接地。

进一步根据所述高频调制解调前端装置，电源系统301使用12V直流电源，使用电源管理芯片TPS650250RHB供电，内部集成了三个高转换效率的降压直流电压转换器，通过设置可以输出1.8V、2.5V或3.3V等电压。

进一步根据所述高频调制解调前端装置，模拟前端输入的中频模拟信号经过低噪声放大器Ⅰ101减少噪声干扰，到模拟数字转换器103将模拟信号转换为数字信号，再由数字滤波器105对输入离散信号的数字代码进行运算处理，再由数字信号处理模块2进行信号进行分析、变换、滤波、检测和解调。数字信号处理模块2完成数字信号的调制解调、同步、均衡等运算和处理工作后，由数字滤波器105对输入信号进行处理，再由数字模拟转换器104将数字信号转换为模拟信号，再通过低噪声放大器Ⅱ102进行降噪处理后发射出去。

本实用新型具有如下优点：

（1）、模块化的设计使软件无线电设备多个信道可以共享射频前端和宽带高速ADC/DAC，简化了电路的复杂度，也节约了成本；

（2）、该方案以DSP为核心，设备体积小，功能齐全，维护和升级方便；

（3）、TLV320AIC11极低的群时延特性使得它适合用于单通道或多通道主动控制应用；

（4）、TMS320C6748运算能力可达3648MIPS/2746MFLOPS，在单核DSP比其他DSP性能更优秀。

附图说明

图1为本实用新型所述一种高频调制解调前端装置结构图；

图2为本实用新型所述一种高频调制解调前端装置硬件系统框图；

图3为本实用新型所述一种高频调制解调前端装置采用的TLV320AIC11内部框架图；

图4为本实用新型所述一种高频调制解调前端采用的TLV320AIC11单端输出电路图；

图5为本实用新型所述一种高频调制解调前端装置TMS320C6748功能模块图；

图6为本实用新型所述一种高频调制解调前端装置DSP与TLV320AIC11接口电路图；

图7为本实用新型所述一种高频调制解调前端装置基础通信模式下DIN引脚和DOUT引脚的数据格式；

图8为本实用新型所述一种高频调制解调前端装置ADC转换时序图；

图9为本实用新型所述一种高频调制解调前端装置DAC转换时序图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行更详细的说明。

如图1所示，是本实用新型的硬件整体方案，本实用新型所述高频调制解调前端装置根据功能可分为四个模块：信号采集及数据转换模块1，数字信号处理模块2，电源时钟存储模块3，接口电路模块4。所述信号采集及数据转换模块1、电源时钟存储模块3和接口电路模块4均连接于所述数字信号处理模块。为了方便表述，所述数字信号处理模块2用DSP表示。

如图2所示，所述信号采集及数据转换模块1包括低噪声放大器Ⅰ101、低噪声放大器Ⅱ102、模拟数字转换器103、数字模拟转换器104和数字滤波器105。低噪声放大器Ⅰ101连接于模拟数字转换器103，模拟数字转换器103连接于数字滤波器105；数字滤波器105连接于数字模拟转换器104，数字模拟转换器104连接于低噪声放大器Ⅱ102。为了方便表述，所述模拟数字转换器103用ADC表示，数字模拟转换器104用DAC表示。

如图2所示，所述电源时钟存储模块3包括电源系统301、时钟302、存储器303。电源系统301连接于数字信号处理模块2和信号及数据转换模块1，时钟302和存储器303均连接于数字信号处理模块2。所述电源系统301为信号采集及数据转换模块1和数字信号处理模块2提供电源，时钟302为数字信号处理模块2提供时钟信号。

如图2所示，所述接口电路模块4包括RS-232、RS485、JTAG和USB，接口电路模块4与数字信号处理模块2连接，通过接口转换电路扩展出RS232、RS485、JTAG、USB等接口，供调试或通信使用。

所述信号采集及数据转换模块1，采用的TLV320AIC11，如图3所示，输入端INP和INM，MUX、抗混叠滤波器、PGA（可编程增益放大器）、Delta-Sigma ADC、抽取滤波器（包括Sinc滤波器、FIR滤波器）依次连接，再进入接口电路中；接口电路与插值滤波器（包括Sinc滤波器、FIR滤波器）、Delta-Sigma DAC、低通滤波器、PGA依次连接，到输出端OUTP与OUTM。

所述TLV320AIC11的输出端OUTP、OUTM与600Ω负载R连接，再接地处理，如图4所示。

所述数字信号处理模块2采用TMS320C6748芯片，如图5所示。所述TMS320C6748芯片通过多通道缓冲串行通信接口（McBSP）与信号采集及数据转换模块1的TLV320AIC11芯片连接。所述McBSP通道包括数据传输通道DR1和DX1、控制信号帧同步引脚FSR1、FSX1以及时钟信号引脚CLKR1、CLKX1。如图6所示，控制信号帧同步引脚FSR1、FSX1与TLV320AIC11芯片的FS引脚相连，时钟信号引脚CLKR1、CLKX1与TLV320AIC11芯片的SCLK引脚相连，数据传输通道DX1与TLV320AIC11芯片的DIN引脚相连，数据传输通道DR1与TLV320AIC11芯片的DOUT引脚相连。

本实用新型所述高频调制解调前端装置，电源系统301使用12V直流电源，使用电源管理芯片TPS650250RHB供电，内部集成了三个高转换效率的降压DC-CD（直流电压转换器），通过设置可以输出1.8V、2.5V或3.3V等电压，为DSP内核、外围电路、I/O接口、内存等提供电源。

本实用新型所述高频调制解调前端装置，TMS320C6748通过将外部时钟302馈送到片上的锁相环产生高频系统时钟，本实用新型使用输出频率为24Mhz的源晶体振荡器为DSP提供时钟信号。

本实用新型所述高频调制解调前端装置，工作过程为：模拟前端输入的中频模拟信号经过低噪声放大器Ⅰ101减少噪声干扰，到模拟数字转换器103将模拟信号转换为数字信号，再由数字滤波器105对输入离散信号的数字代码进行运算处理，再由数字信号处理模块2进行信号进行分析、变换、滤波、检测和解调。数字信号处理模块2完成数字信号的调制解调、同步、均衡等运算和处理工作后，由数字滤波器105对输入信号进行处理，再由数字模拟转换器104将数字信号转换为模拟信号，再通过低噪声放大器Ⅱ102进行降噪处理后发射出去。

所述TLV320AIC11芯片有两种工作模式，分别为主机模式或从机模式，当TLV320AIC11芯片输出SLCK和FS信号时为主机模式，当TLV320AIC11芯片使用外部SLCK和FS信号时则为从机模式。本实用新型所述高频调制解调前端装置，通过将M/S引脚配置为低电平使其工作在从机模式，主机为数字信号处理模块2。

所述TLV320AIC11芯片有两个输入通道，可通过两个差分模拟输入端口INP/INM和AUXP/AUXM输入信号。作为单端输入时，INP或AUXP作为模拟信号输入端，INP或AUXM接到外部共模输入。本实用新型所述高频调制解调前端装置通过转换电路将接收的单端模拟信号转换为差分信号，图3中A1是一个双通道低功耗输入输出运放，将输入单端信号转换为0~3.3V的差分信号。

所述TLV320AIC11芯片内部有五个控制寄存器，通过设置寄存器中的值可以控制芯片的工作状态。Register0表示无操作状态，允许二级通信请求而不改变其他寄存器的值；Register1中的数值的功能包括：当滤波器溢出时输出一个指示标志，启用或禁用放大器、FIR滤波器及抗混叠滤波器，选择主通道或辅助通道为输入信号通道，控制DAC工作模式为16-bit或(15+1)-bit；Register2中的数值可以设置低功耗模式、时钟分频系数N及时钟速率和采样周期。Register3中的数值可以控制软件复位或掉电、选择模拟或数字环回及事件监控模式、控制串口传输模式、启用或禁用ADC及DAC、设置ADC的工作模式为16-bit或(15+1)-bit；Register4中的数值控制输入输出放大器的增益倍数。

所述TLV320AIC11芯片与数字信号处理模块2通信，有一个16-bit同步串行接口。

所述TLV320AIC11芯片的McBSP接口有两种用途：基础串行通信模式用于发送ADC的转换数据和接收DAC的转换数据；二级通信用于对TLV320AIC11芯片的寄存器进行读写操作。当FC引脚配置为高电平或在输入DIN为15bit模式时将16bit数据的最低位置1，则请求进入二级通信。

所述ADC/DAC，在基础通信模式下，如图7所示，当ADC/DAC工作在16-bit模式时，D15-D0代表位转换数据；工作在(15+1)-bit模式时，D15-D1代表位转换数据，D0用作请求二级通信。在二级通信模式下TLV320AIC11芯片通过DIN和DOUT对其内部寄存器的数值进行读取和写入操作。16位数据中，D15-D13代表多个TLV320AIC11芯片的设备地址，D12代表执行的是读或写操作，D11-D9代表寄存器的地址，D7-D0代表将要写入寄存器的数据或寄存器读出的数据。上电或复位后，DAC默认工作在15bit模式，DIN输入16bit的数据，最低位值为1，可使芯片进入二级通信模式，完成PGA增益倍数、FIR滤波器、ADC分辨率等参数的配置。ADC的采样转换频率由TLV320AIC11芯片的主时钟分频得到。

所述TLV320AIC11芯片的SCLK信号是用来提供给内部处理以及TLV320AIC11芯片与DSP串口的时钟。ADC的采样转换频率由TLV320AIC11的主时钟分频得到，其公式为。N的值由寄存器2设定，默认值是32，可以通过软件方便的设定ADC的采样转换频率。

所述ADC的前端有一级PGA运放，通过配置寄存器4可以设置其增益倍数，放大后的模拟信号经过ADC转换为数字信号，在SCLK的每个时钟上升沿输出ADC转换的数据，时序图如图8所示。

DIN引脚在SCLK的每个时钟上升沿输入数据，在基础通信模式时输入的数据经过DAC转换为模拟信号，而在二级通信模式时输入的数据是用于初始化寄存器的寄存器地址及配置数据。DAC的输出经过一级运放PGA，它的放大倍数可以通过寄存器4进行设置，输出端有600Ω负载。基础通信模式下DAC的时序图如图9所示。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域人员在本实用新型的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴，本实用新型具体的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (6)

1.一种高频调制解调前端装置，其特征在于，包括四个模块：信号采集及数据转换模块（1）、数字信号处理模块（2）、电源时钟存储模块（3）和接口电路模块（4），所述信号采集及数据转换模块（1）、电源时钟存储模块（3）和接口电路模块（4）均连接于所述数字信号处理模块（2）。

2.根据权利要求1所述高频调制解调前端装置，其特征在于所述信号采集及数据转换模块（1）包括低噪声放大器Ⅰ（101）、低噪声放大器Ⅱ（102）、模拟数字转换器（103）、数字模拟转换器（104）和数字滤波器（105），低噪声放大器Ⅰ（101）连接于模拟数字转换器（103），模拟数字转换器（103）连接于数字滤波器（105），数字滤波器（105）连接于数字模拟转换器（104），数字模拟转换器（104）连接于低噪声放大器Ⅱ（102）。

3.根据权利要求1所述高频调制解调前端装置，其特征在于所述电源时钟存储模块（3）包括电源系统（301）、时钟（302）和存储器（303），电源系统（301）连接于数字信号处理模块（2）和信号及数据转换模块（1），时钟（302）和存储器（303）均连接于数字信号处理模块（2），所述电源系统（301）为信号采集及数据转换模块（1）和数字信号处理模块（2）提供电源，时钟302为数字信号处理模块（2）提供时钟信号。

4.根据权利要求1所述高频调制解调前端装置，其特征在于所述接口电路模块（4）包括RS-232、RS485、JTAG和USB，接口电路模块（4）与数字信号处理模块（2）连接，通过接口转换电路扩展出RS232、RS485、JTAG、USB等接口，供调试或通信使用。

5.根据权利要求1或3所述高频调制解调前端装置，其特征在于电源系统（301）使用12V直流电源，使用电源管理芯片TPS650250RHB供电，内部集成了三个高转换效率的降压直流电压转换器，通过设置可以输出1.8V、2.5V或3.3V等电压。

6.根据权利要求1或2所述高频调制解调前端装置，其特征在于模拟前端输入的中频模拟信号经过低噪声放大器Ⅰ（101）减少噪声干扰，到模拟数字转换器（103）将模拟信号转换为数字信号，再由数字滤波器（105）对输入离散信号的数字代码进行运算处理，再由数字信号处理模块（2）进行信号进行分析、变换、滤波、检测和解调；数字信号处理模块（2）完成数字信号的调制解调、同步、均衡等运算和处理工作后，由数字滤波器（105）对输入信号进行处理，再由数字模拟转换器（104）将数字信号转换为模拟信号，再通过低噪声放大器Ⅱ（102）进行降噪处理后发射出去。