THS1206内部的FIFO安排成环形,采用读取点、写入点和触发点控制读写操作,如图2所示。芯片的转换时钟CONV_CLK控制采样保持和A/D变换,CONV_CLK让四个通道的信号同时采样保持,然后分别转换为数字信号并自动顺序写入FIFO,同时FIFO的写入点向前移动,指示下一个写入点;当FIFO内的数据达到预定的触发深度时,发出数据就绪信号DATSA_AV发出,DSP读取转换数据,同时清除DATA_AV信号,读取点和触发点向前移动。芯片的工作方式由两个寄存器控制,通过写寄存器,可以选择使用通道、工作模式、FIFO触发深度、DATA_AV的极性与触发方式等。

　　THS1206可以与C6701直接接口。在本智能天线实验平台中,四个THS1206芯片的RD、WR、CS0和DATA分别接C6701EVM子卡接口的ARE、AWE、CE1和数据总线的D0-D11,THS1206的CS1分别接C6701不同的地址线,而DATA_AV分别接C6701不同的中断输入,所有THS1206的转换时钟CONV_CLK由定时器0输出TOUT0统一提供。

　　3.1.2 上行射频通道

　　上行射频通道由MAX2644低噪声放大器(LNA)和MAX2701零中频I/Q解调器组成。MAX2644工作于2.4GHz,噪声系数2dB,提供16dB的增益。MAX2701是工作在2.1-2.5GHz的高线性直接正交下变频器,利用外部提供的本振信号(LO),直接把2.4GHz的信号解调为基带的I/Q信号,3dB基带带宽大于56MHz,全通道总增益大于110dB,AGC控制范围大于60dB。由于采用零中频结构,不需要中频滤波器和下变频到中频,使射频通道的结构大为简化。由于零中频结构没有镜像干扰,对射频滤波器的要求大为降低。MAX2701由三部分组成:低噪声放大器、正交下变频器(I/Q解调)、三级可控增益基带放大器。进入MAX2701的射频信号先经过LNA放大,经一个外部的射频滤波器滤波后由I/Q解调器变为基带I/Q信号,然后由三级基带放大器放大,再经外接抗混迭滤波器滤波后输入到A/D变换电路。

　　3.2 下行通道

　　图3给出智能天线实验平台下行通道的框图。待发送数据由计算机通过PCI总线传给C6701EVM评估板,C6701DSP根据波束成形的需要生成各通道所需的数字基带I/Q信号;D/A变换器DAC2902把数字基带I/Q信号变成模拟I/Q信号,为了保持各通道信号的相位关系,各路D/A变换器采用统一的时钟启动D/A变换,各路D/A变换器的控制信号由D/A变换控制电路产生;各通道模拟I/Q信号由零中频I/Q调制器MAX2721上变频到2.4GHz的射频信号,经过功率放大器MAX2242放大后送到天线阵列辐射,形成下行波束;各通道I/Q调制器所需的本振信号由统一的信号源产生以保证各通道的相位关系;C6701EVM通过McBSP发送命令到功率控制电路产生控制信号到MAX2721的功率控制端,控制天线阵列的输出功率。

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　　3.2.1 D/A变换电路

　　D/A变换器采用TI公司的DAC2902实现。DAC2902是双通道高速数模转换器,带有两个独立的12位D/A转换器,变换速度达125MSPS。它的两个通道对称性较好,适用于通信上I/Q通道的D/A转换。DAC2902采用平衡电流输出,通过外接电阻,满幅度电流2mA-20mA可调:

　　IoutFS=32·Vref/Rset

　　D/A的电流输出可以驱动负载电阻获得电压输出:

　　Vout=Iout·Rload=IoutFS·(Code/4906)·Rload

　　DAC2902两个D/A通道分别使用两个独立的12位并行数据输入口,并带有各自的写信号(WRT1、WRT2)和时钟(CLK1、CLK2)输入。WRT的上升沿把数据总线上的数据锁入内部的输入锁存器,在WRT下降沿把数据输出至DAC锁存器的输入端;在CLK的上升沿把该数据锁存到DAC锁存器,开始D/A变换。因此DAC2902的D/A转换由CLK的上升沿触发。

　　在本智能天线实验平台中,采用8个DAC2902实现八个通道D/A转换。为了实现各通道的相参操作,各通道DAC2902的CLK信号都由C6701EVM的定时器输出TOUT0提供,而各通道的WRT信号由数模转换控制电路通过组合各自D/A通道地址和AWE信号产生:WRT通道i=/￣AWE.地址通道i。DSP把各通道输出的数据写入各DAC2902的输入锁存器,然后由TOUT0触发,同时启动D/A变换。

　　3.2.2 下行射频通道

　　下行射频通道由直接(零中频)I/Q调制器MAX2721和功率放大器MAX2242组成。MAX2721工作在2.1-2.5GHz,由I/Q调制器、可控增益射频放大器VGA和预功放(PA Driver)组成,输入I/Q信号把外部输入的本振信号(LO)进行I/Q调制,调制后经VGA和预功放放大驱动功放MAX2242功率放大,由天线辐射。MAX2721的基带I/Q输入信号的3dB带宽40MHz,载波抑制30dBc,边带抑制35dB,VGA增益控制范围35dB,输出功率-5dBm。功率放大器MAX2242工作在2.4-2.5GHz,提供28.5dBm功率增益和22.5dBm的线性输出功率。8个射频通道LO由同一信号源通过分支器提供,以保证各通道相参操作。

　　智能天线实验平台所用的THS1206、DAC2902、MAX2701、MAX2721、MAX2242和MAX2644,MAXIM和TI公司提供了相应的评估模块(EVM或Evkit),用于评估对应芯片性能。智能天线实验平台可以采用这些评估模块进行构建,极大地方便了智能天线实验平台的实现。

　　智能天线硬件实验平台是研究智能天线技术不可缺少的手段。本智能天线硬件实验平台基于新一代的数字信号处理器C6701,采用高速A/D、D/A技术和零中频射频I/Q调制解调器,可对智能天线、空时编码、多进多出技术以及软件无线电等方面的算法提供实际测试。为简化电路,笔者在A/D、D/A与DSP接口中没有采用外接FIFO或双口RAM的结构,这需要占用DSP的资源。如果采用FIFO或双口RAM并结合DMA方式,还可以进一步提高实验平台的性能。如果采用更高速的A/D变换器,可以更进一步实现中频段的智能天线技术。