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隨著通信技術的快速發(fā)展，各種新業(yè)務的層出不窮，無線通信以其方便、靈活、易于組網(wǎng)等特點獲得了廣泛的應用。其中特別是擴頻通信技術由于其抗干擾、抗多徑的突出優(yōu)點，獲得了各方的青睞，無線擴頻產(chǎn)品的開發(fā)研制已成為國內(nèi)外通信界的一個熱點。同時擴頻通信技術也已經(jīng)超出了無線通信的領域，在一些“有線 ”的領域內(nèi)得到了充分應用，如電力線通信系統(tǒng)等。 HARRIS公司的HSP3824直接序列擴頻基帶處理器是其24GHz天線芯片組的一部分，它包含了全雙工或半雙工收發(fā)機的所有功能。該芯片的最突出特點是靈活，其數(shù)據(jù)率、擴頻比、調(diào)制方式以及PN碼等都可以根據(jù)需要而動態(tài)調(diào)整，也可以通過設置HSP3824內(nèi)部寄存器來實現(xiàn)大量的應用，為設計提供了較大的靈活性。實踐證明該芯片可靠易用，是開發(fā)擴頻通信產(chǎn)品的良好選擇。 1 HSP3824主要功能和特點 HSP3824是HARRIS（Intersil）公司開發(fā)的用于直接序列擴頻通信的基帶處理器。其基本功能是將接收到的基帶數(shù)據(jù)擾碼、調(diào)制、直接序列擴頻輸出至中頻調(diào)制。或反之，將中頻解調(diào)后的信號經(jīng)A/D變換、解擴、解調(diào)、解擾后得到基帶數(shù)據(jù)并輸出。 它的主要特點如下[1]:
HSP3824內(nèi)置57個寄存器，這些寄存器的值決定了它的工作狀態(tài)，外部控制器可對這些寄存器進行讀寫。通過正確配置寄存器，可實現(xiàn)HSP3824的各種功能，且可以動態(tài)調(diào)整。 除了基本的發(fā)送、接受模塊之外，HSP3824還包括8位的測試總線，用于測試芯片的內(nèi)部信號，實時反映芯片的工作情況;輸入信號強度檢測和信道空檢測(CCA)可避免數(shù)據(jù)阻塞，優(yōu)化網(wǎng)絡傳輸;還可以由外部控制端口設置為各種功耗模式。 2 HSP3824內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用要點 2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部接口 HSP3824可大體上分為三部分:控制、發(fā)送及接收。相應地對外分別提供三個數(shù)字端口與控制器相連，即控制端口 (CONTROL_PORT)、發(fā)送端口(TX_PORT)及接收端口(RX_PORT)，且這三個端口可分別獨立工作或同時工作。此外，還具有一個測試端口(TEST_PORT)，供外部控制器監(jiān)控HSP3824的工作狀態(tài)。 HSP3824的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。 IIN:接收到的I路模擬信號; QIN:接收到的Q路模擬信號; RSSI:接收信號強度檢測(模擬信號); IOUT:I路輸出擴頻基帶數(shù)字信號; QOUT:路輸出擴頻基帶數(shù)字信號; HSP3824外部端口如圖2所示。除四個數(shù)字端口外，還有模擬輸入(ANALOG INPUTS)、A/D參考電壓(A/D REFERENCE)及省電模式控制信號(POWER DOWN SIGNALS)等接口。需要強調(diào)的是每個數(shù)字端口都有其嚴格的時序關系，只有在滿足時序的條件下HSP3824才能正常工作。其中尤其是控制端口，是設置并保證HSP3824良好工作狀態(tài)的關鍵。 2.2 控制端口時序圖 為確保HSP3824按照設計者的要求正確工作，關鍵的一點是實現(xiàn)HSP3824內(nèi)部控制寄存器的正確讀寫。這些內(nèi)部寄存器包括發(fā)送/接收PN 碼長度寄存器，發(fā)送/接收PN碼字寄存器，調(diào)制/解調(diào)方式寄存器等57個，存儲了HSP3824正常工作所需的全部參數(shù)及一些內(nèi)部狀態(tài)。因此在每次重新上電時，都必須首先由外部控制器通過HSP3824的控制端口實現(xiàn)這些寄存器的正確配置，之后才能正常工作。在正常工作時，也可通過該控制端口讀出內(nèi)部寄存器的值，供控制器分析、監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)，還可以在需要時通過改變寄存器的配置來調(diào)整HSP3824的工作方式。 要實現(xiàn)內(nèi)部寄存器的正確讀寫，必須滿足HSP3824控制端口要求的時序關系。其時序分為讀寫兩種，分別如圖3及圖4所示。 其中，各數(shù)據(jù)線的含義及作用如下: SCLK:數(shù)據(jù)時鐘，HSP3824在它的上升沿采樣或送出數(shù)據(jù)，由它決定了讀寫操作的速度。需要引起注意的是SCLK應提前SD幾個周期就準備好，且SCLK的速度不能大于1/2倍的系統(tǒng)主時鐘MCLK。 SD:串行輸入/輸出的數(shù)據(jù)，包括寄存器的地址和值。在每次讀/寫一個寄存器時，SD的前8位都應該是地址，后8位為數(shù)據(jù)，且均是低位在前。 AS:區(qū)分數(shù)據(jù)線SD上送的信號是寄存器的地址還是數(shù)值，AS=1表示SD為地址，AS=0表示SD為數(shù)值。 R/:表示對于HSP3824而言，控制端口進行的是讀還是寫操作，RS=0為寫操作，RS=1為讀操作。 為使能信號，只有在=0時控制端口才能進行讀寫。 2.3 應注意的關鍵問題及其解決 HSP3824內(nèi)部寄存器的讀寫除要求滿足以上條件外，還必須滿足如圖5所示的HSP3824主時鐘MCLK和數(shù)據(jù)時鐘SCLK之間的時序關系[2]。 從圖中可以看出此條件要求很高，特別是因為SCLK是由外部控制器給出，而MCLK是由一個晶振送給HSP3824的工作時鐘，兩者之間沒有任何邏輯上的關系。因此必須采取一些額外的措施來解決此問題。 在硬件上，可增加如圖6所示的電路。其中DCLK由外部控制器提供，由晶振提供。利用的反相信號CLK的上升沿(即MCLK的下降沿)觸發(fā)DCLK，輸出SCLK。同時CLK再經(jīng)過一級反相器，得到MCLK。圖中的D觸發(fā)器和反相器都需要選擇快速的74F系列。這樣得到的MCLK和SCLK才能滿足圖5所示的條件。同時，可以在軟件上采取些措施，如每寫一個寄存器之后馬上讀該寄存器，并與預期值比較，若不符則重新寫入，否則繼續(xù)下一個寄存器的讀寫。通過以上兩方面的措施，可確保寄存器的正確配置。 HSP3824的工作速度由MCLK決定，這個工作速度可以很高(高達44MHz)。因此，在確定的工作速度下，必須要求MCLK無抖動，特別是無毛刺，否則HSP3824會產(chǎn)生誤動，致使工作狀態(tài)不正常。可通過在MCLK送入HSP3824之前串接一個小電阻，對地并接一個小電容來防止毛刺的干擾。 3 利用HSP3824實現(xiàn)擴頻通信的應用舉例 在HARRIS公司研制的24GHz天線芯片組中包括與HSP3824配套使用的中頻調(diào)制解調(diào)器、頻率綜合器、上下變頻器及雙工器等芯片。但其價格昂貴，不適用于現(xiàn)有的工程項目。故筆者僅利用了HSP3824芯片，自行設計了其它相關電路，實現(xiàn)擴頻通信模塊。其中利用單片機89C52作為控制器，控制整個系統(tǒng)工作狀態(tài)及實現(xiàn)基帶數(shù)據(jù)處理;利用EPROM及D/A變換器構(gòu)成直接數(shù)字頻率綜合器(DDS)，實現(xiàn)中頻調(diào)制解調(diào);其它外圍電路包括地址鎖存器、靜態(tài)RAM、EEPROM及其它輔助電路。系統(tǒng)框圖如圖7所示。 在圖7中，計算機完成兩個功能。其一是模擬以后實際工程中的數(shù)據(jù)采集單元或控制中心，利用它的RS232接口與89C52通信[3]，提供或接受數(shù)據(jù);另一個功能就是用作將來在現(xiàn)場調(diào)整一些參數(shù)的設置，包括擴頻碼長度的選擇、對應的擴頻碼、數(shù)據(jù)率、功率等。其中對擴頻碼及其長度，通信的數(shù)據(jù)率這幾個參數(shù)的調(diào)整，實際上是改變HSP3824內(nèi)部寄存器的設置。其工作流程主要是工作人員通過計算機的人機界面設定滿足實際條件的參數(shù)，利用計算機的串行通信口遵循RS232C協(xié)議，將命令傳達至89C52。單片機利用這些收到的參數(shù)去修改HSP3824內(nèi)部對應的寄存器，同時將這些參數(shù)存儲在 EEPROM中。之后系統(tǒng)將一直維持這些選定的參數(shù)設置，直至下一次被修改。 筆者以直接序列擴頻通信基帶處理器HSP3824為核心設計了擴頻通信模塊，并使之工作在較低頻率及數(shù)據(jù)率上，實踐證明其外圍電路簡單，性能可靠。同時也說明HSP3824具有廣泛的應用領域，其處理的數(shù)據(jù)率可以從低至幾千，到高達幾十兆;并且對它的控制簡單、靈活，可動態(tài)調(diào)整若干參數(shù)，實現(xiàn)最有效的應用;若結(jié)合其測試功能及輸入信號強度檢測和信道空檢測功能，可以設計出功能更強大、更靈活、可靠的產(chǎn)品。但它也有其固有的缺點，主要是擴頻碼長較短，不能獲得較高的擴頻增益，限制了系統(tǒng)的抗噪聲及抗多徑效應的能力。以上優(yōu)缺點需要設計人員綜合考慮，以充分發(fā)揮其功能，設計出最佳的產(chǎn)品。 |
