制模块，母板用于完成中频信号采样和数字下变频；子板与SPI控制总线双向连接，用于完成射频信号的接收和将射频信号转换为中频信号；FPGA模块与USB控制模块通过GPIF接口双向相连，用于将下变频后的数据传入USB控制模块，继而将数据传输至PC机进行信号处理；A/D转换模块和FPGA模块之间采用并行数据线双向连接，用于信号的A/D转换;USB控制模块通过SPI接口与A/D转换模块连接，并对A/D转换模块进行配置和运行控制；PC机与子板和母板之间通过SPI接口双向连接，用于运行系统软件并完成相关的波形处理。
[0017]图2是FPGA模块的部分硬件电路图，本发明选用Xilinx公司的Spartan6系列的XC6SLX75T芯片，芯片内部包含5831个CLB (可配置逻辑块)，每一个CLB由2个Slice构成，共11662个，此外，芯片内部还有64个工作频率高达390MHz的18bitX 18bit硬件乘累加器、3096Kb的Block RAM、692Kb的分布式RAM和12个DCM (数字时钟管理器)。FPGA模块与USB控制模块通过GPIF接口相连，用于将下变频后的数据传入USB控制模块，继而将数据传输至PC机做进行信号处理。此外，FPGA与USB控制模块还通过SPI总线相连，USB控制模块通过SPI接口对FPGA进行配置。当将固件载入EZ-USB FX2芯片中时，软件无线电的硬件平台当USB的固件下载好后，系统硬件平台会像USB器件一样进行重枚举操作，然后PC机将其识别为新的USB器件，在USB固件中除了对端点和运行方式进行定义之外，还包括一些用户自己的命令，其中有一个是加载FPGA，收到该命令后，USB设备就能将FPGA的配置比特流文件下载到FPGA芯片中开始工作。
[0018]图3是A/D转换模块的部分硬件连接图，本发明中A/D转换模块选用ADI公司的AD9862芯片，AD9862芯片和FPGA之间采用并行的数据线进行连接，接收时子板上对射频信号进行下变频得到中频信号，并进行单端转差分操作，最后将子板输出的差分信号通过到VIN+A和VIN-A管脚送至芯片内部，A/D采样后12位数据通过并行数据线送给FPGA进行数据处理，此外，AD9862芯片与USB控制模块通过SPI接口相连，USB控制模块通过SPI接口对AD9862进行配置和运行控制。该芯片内含SPI接口和相应的SPI寄存器，将芯片与控制器以SPI总线相连，外部控制器便可以读写芯片内部寄存器，从而对芯片进行功能配置。AD9862的SPI通信由四根线来实现，分别用于工作时钟、数据输出、数据输入和通信使能，其中工作频率由外部控制器产生，且AD9862可以接受的工作频率最大是16MHz。
[0019]图4是EZ-USB FX2芯片架构图，该芯片内部含有一个USB2.0收发控制器、一个智能USB1.0/2.0引擎、一个PLL、一个通用可编程接口、一个12C控制器和一个增强的8051内核，芯片内部的存储空间包括4KB的FIFO和8.5KB的RAM，有多个通用I/O接口与外部进行连接，其中，增强的8051内核里含有256字节的寄存器RAM、1个扩展的中断系统、3个计数器/定时器和2个UART，在标准的8051上进行了很多的改善，最高工作频率48MHz，指令的执行速度为4时钟周期每条指令，是标准内核的3倍。在本发明中，FX2芯片选择GPIF模式与外部接口相连，该模块用于同系统的其他模块之间进行连接和数据交换。
[0020]图5是抽取滤波器的总体结构图，在该软件无线电系统中，系统在实现中频信号的数字下变频过程中采用多级滤波器级联的结构，在实现过程中，通过CIC滤波器、补偿滤波器和两级HB滤波器构成四级级的联抽取滤波器，其中CIC滤波器为16倍降采样，其他滤波器均为2倍降采样，整个级联结构共实现128倍抽取，分散了过渡带的负担，进而降低了各级的计算复杂度。
[0021]除了上述以外本发明所属技术领域的普通技术人员也都能理解到，在此说明和图示的具体实施例都可以进一步变动结合。虽然本发明是就其较佳实施例予以示图说明的，但是熟悉本技术的人都可理解到，在所述权利要求书中所限定的本发明的精神和范围内，还可对本发明做出多种改动和变动。
【主权项】
1.一种基于FPGA和USB的上位机软件无线电平台，其特征在于该系统由母板、子板、收发天线、PC机以及SPI控制总线组成，其中母板包括:A/D转换模块、FPGA模块、USB控制模块；系统由两套天线捕捉空中的射频信号，分别在对应的2块子板上实现射频信号的模拟下变频，得到模拟中频信号，然后通过A/D转换模块将模拟中频转换为数字中频，进入数字域，在FPGA模块上进行数字中频处理，实现数字下变频功能，同时完成信号的抽取滤波，使数据速率降低到通用处理器可以处理的范围，适合USB传输，进一步将低数据率的基带信号在USB控制模块的作用下传送至PC机进行信号的编译码和FFT变换；所述2块子板分别与SPI控制总线双向连接；所述FPGA模块与USB控制模块通过GPIF接口双向相连；2个A/D转换模块同时和FPGA模块之间采用并行数据线双向连接；所述USB控制模块通过SPI接口与A/D转换模块连接；所述PC机与子板和母板之间通过SPI接口双向连接。2.如权利要求1所述的上位机软件无线电平台，其特征在于，所述母板包括:A/D转换模块、FPGA模块、USB控制模块，该母板用于完成中频信号采样和数字下变频；所述子板选用RFX2400，收发带宽为30MHz，自动增益控制的范围为70dB，具有50mW的发送功率，覆盖从2.3GHz到2.9GHz范围，所述子板通过16位数字输入输出线可对天线和开关及外设进行控制；所述收发天线用于实现信号的接收和发送；所述PC机用于运行系统软件并完成相关的波形处理；所述SPI控制总线用于系统各模块之间的通讯和数据交换。3.如权利要求1所述的上位机软件无线电平台，其特征在于，该系统在实现中频信号的数字下变频过程中采用多级滤波器级联的结构，在实现过程中，通过CIC滤波器、补偿滤波器和两级HB滤波器构成四级级的联抽取滤波器，其中CIC滤波器为16倍降采样，其他滤波器均为2倍降采样，整个级联结构共实现128倍抽取，分散了过渡带的负担，进而降低了各级的计算复杂度。4.如权利要求1所述的上位机软件无线电平台，其特征在于，所述A/D转换模块选用ADI公司的AD9862芯片，AD9862芯片和FPGA之间采用并行的数据线进行连接，接收时子板上对射频信号进行下变频得到中频信号，并进行单端转差分操作，最后将子板输出的差分信号通过到VIN+A和VIN-A管脚送至芯片内部，A/D采样后12位数据通过并行数据线送给FPGA进行数据处理，此外，AD9862芯片与USB控制模块通过SPI接口相连，USB控制模块通过SPI接口对AD9862进行配置和运行控制；所述FPGA模块选用Xilinx公司的Spartan6系列的XC6SLX75T芯片，FPGA模块与USB控制模块通过GPIF接口相连，用于将下变频后的数据传入USB控制模块，继而将数据传输至PC机做进行信号处理；此外，FPGA与USB控制模块还通过SPI总线相连，USB控制模块通过SPI接口对FPGA进行配置；所述USB控制模块选用赛普拉斯公司生产的EZ-USB FX2芯片，FX2芯片内部有多个通用I/O接口与外部进行连接，所述FX2芯片选择GPIF模式与外部接口相连，该模块用于同系统的其他模块之间进行连接和数据交换。
【专利摘要】本发明公开了一种基于FPGA和USB的上位机软件无线电平台，该系统的构成分为：母板、子板、收发天线、PC机以及SPI控制总线；其中，母板包括：A/D转换模块、FPGA模块、USB控制模块，母板用于完成中频信号采样和数字下变频；子板与SPI控制总线双向连接，用于完成射频信号的接收和将射频信号转换为中频信号；FPGA模块与USB控制模块通过GPIF接口双向相连，用于将下变频后的数据传入USB控制模块，继而将数据传输至PC机进行信号处理；A/D转换模块和FPGA模块之间采用并行数据线双向连接，用于信号的A/D转换；PC机与子板和母板之间通过SPI接口双向连接，用于运行系统软件并完成相关的波形处理。
【IPC分类】H04B1/40
【公开号】CN105162487
【申请号】CN201510470145
【发明人】徐云鹏
【申请人】江西恒盛晶微技术有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月4日