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摘 要：AD6620是美国AD公司推出的功能强大的数字下变频信号处理器，本文提出了一种基于该芯片设计的中频数字正交解调方案，实验结果表明该方案结构简单，易于实现，且精度高、误差小。
关键词：雷达；信号处理；数字下变频器；正交解调；AD6620芯片
一、引言
高性能雷达信号处理技术对雷达的通道提出了越来越高的要求，其中的关键之一是I/Q信号的幅度一致性和相位正交性。传统的雷达接收机一般均采用模拟正交解调，由于模拟器件的一些固有缺陷，使得模拟正交解调方法很难保证I/Q两路信号具有精确的幅度一致性和相位正交性，从而降低了雷达整机的性能。
随着数字处理芯片技术的不断提高，设备数字化成为电子产品发展的必然趋势。近年来，不少人对数字正交解调进行了一系列的研究，提出了不少方法，如快速傅里叶变换(FFT)法、希尔伯特（Hilbert）变化法、多相数字滤波正交变换法、数字混频正交变换法等。其中，数字混频正交变换法与模拟解调原理一致，是一种比较理想的解调法，同其它方法相比，其精度更高，误差更小。
AD6620是美国AD公司生产的数字接收信号处理器，其采用数字混频正交完成数字解调功能。实验结果表明，利用AD6620完成中频数字化正交解调基本可以满足高性能雷达处理的要求。
二、AD6620功能简介
1AD6620基本功能
（1）所有功能可以在内置寄存器中灵活设置；
（2）高的输入采样频率；
单信道实数输入：67 MSPS
多信道实数输入：33.5 MSPS
单信道复数输入：33.5 MSPS
（3）NCO频率转换最坏杂散优于-100 dBc，频率分辨率优于0.02 Hz；
（4）二阶线性相位、系数固定的级联梳状滤波器，可编程抽取倍数（2～16）；
（5）五阶线性相位、系数固定的级联梳状滤波器，可编程抽取倍数（1～32）；
（6）可编程抽取RCF（RAM Coefficient FIR）滤波器，256阶20 bit可编程系数，可编程抽取倍数（1～32）；
（7）串行或并行基带数据输出；
（8）2个独立的控制和配置端口：通用μP端口、串行端口；
（9）单+3.3 V电源工作。
2．AD6620组成框图
图1是AD6620的功能结构框图。如图所示，AD6620包含4个主要的信号处理部分：一个频率转化器，通过一32位数字控制振荡器（NCO）和混频器完成将输入中频（IF）信号转换到基带的过程；2个级联梳状滤波器（CIC2和CIC5），完成数据率的降低；一个系数可编程的RCF滤波器，完成数据抽取和滤波过程。AD6620支持多模式的时钟数据输入和输出，芯片的编程和控制设置都是经由串口和微处理器接口（Microprocessor Interfaces）实现的。
三、数字解调系统方案设计
1．硬件组成
利用AD6620数字正交解调器与高速高精度ADC及其它专用芯片相结合，构成一个通用的全数字多模式解调系统硬件平台，其组成如图2所示。
其中，AD6644为AD公司生产的高速、高精度的14位模/数转换器，最高采样速率可达65 MSPS，采用差分模拟输入，输出为2的补码形式；89LV51为供电电压为3.3 V的51系列单片机；74LCX00、74ACT161、AHC74分别为与非门、二进制计数器及D触发器。
2．软件设计
应用AD6620的关键是根据所要实现的功能对其进行初始化设置。AD6620中含有多个寄存器，地址为000Ｈ～30D。当AD6620经过一硬复位（HARD-RESET）信号（任一低电平超过30 ns的脉冲信号）后，地址为300H的模式控制寄存器的bit0被置为1，此后AD6620处于软复位（SOFT-RESET）状态。在软复位状态下，AD6620不会处理输入数据，同时，只有在软复位状态下才能对AD6620的各寄存器进行设置，其中最主要的是对RCF滤波器系数、NCO频率和工作模式控制寄存器的设置。
（1）RCF滤波器系数的设定
AD公司针对AD6620提供了一套对RCF系数进行计算和仿真的软件fltrdsn，在采样率fSAMP、抽取率MCIC2、MCIC5、MRCF及通带、阻带特性确定的情况下，通过fltrdsn可以很方便地计算出满足要求的RCF的阶数NTAPS及单位冲激响应h（n）（n=0～NTAPS-1）。将NTAPS-1和h（n）分别写入地址为30C和000H～0FF（前NTAPS个）的寄存器中即可。
（2）NCO频率的设置
NCO作为本地振荡器，其目的就是产生一个可变频率的正弦波样本，如下式所示：
式中fLO为本地振荡频率；
fSAMP为采样率。
将fLO转化为一32 bit的无符号整数NCO_FREQ写入地址为303H的NCO频率寄存器中，NCO_FREQ由下式求得：
式中fCH为载波频率；
mod是求模运算。
（3）工作模式寄存器的设置
通过对地址为300H的寄存器的bit0～bit3设置，可以灵活选择AD6620的工作方式。
bit0：软复位（SOFT-RESET） （“1”）；
bit1：多信道实数输入模式；
bit2：单信道复数输入模式；
bit3：时钟主/从（主=“1”，从=“0”）；
各寄存器设置完毕后，工作模式寄存器的bit0须写0，使AD6620脱离软复位状态，这时，AD6620才能处理输入数据，进行正常工作。
四、实验结果
利用逻辑分析仪将AD6620输出的I/Q两路信号采集下来，通过微机进行数据分析，主要是计算I/Q两路数据的幅度一致性和相位正交性。
考虑一单频IF正弦信号，通过中频正交解调后输出为I、Q两路信号，设其幅度分别为VI、VQ，幅度之比为 ，相位不正交误差为Φ，则I、Q信号可表示为
对SI，SQ进行傅里叶变换得：
其中，f表示求傅里叶变换。
由上式得到I、Q信号在频域中的频谱强度分别为：｜ＶＩπ｜、｜jＶＱπejΦ｜，则
从而求出幅度不一致性误差为Ｖe=201gV。
为求得Φ，先将I、Q信号合成，构成复振幅的回波信号。由于正交器的解调误差，信号合成后不再是单边带信号，将出现该信号的镜像。
设复合信号为S，其镜像抑制度为Vir（定义为信号幅度与镜像幅度之比），则
由上式可得：
因此，将I、Q信号采集后利用FFT即可求得其幅度不一致性和相位正交性误差。实验数据表明：该基于AD6620的数字正交解调系统的I、Q幅度一致性误差小于等于0.02 dB，相位正交性误差小于等于0.2０。
参考文献
［１］杨小牛，等软件无线电原理与应用［Ｊ］，电子工业出版社．
［２］梁志霄．利用高速DSP器件实现中频数字解调［Ｊ］，电讯技术，1999，（5）．
［３］许阳明，等．一种基于AD9856的数字调制系统［Ｊ］．电讯技术，2000，（５）．
［４］ AD6620－Manual［Ｓ］． Analog Device,Inc.,2001．
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