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软件接收机的GPS信号实时采集方案设计

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摘要:针对软件GPS接收机的实时数据采集需求,提出一种基于TMS320C6416 McBSP、EDMA、中断和外部扩展SDRAM的GPS实时数据采集方案;重点阐述射频前端NJl006AK、TMS320C6416构成的硬件接收电路,以及McBSP、SDRAM、EDMA乒乓缓存的采集配置过程。该方案不仅满足了GPS软件接收机信号采集严苛的实时性要求,而且增强了处理器实时处理能力。

引言

软件GPS接收机具有较高灵活性和可扩展性,是快速实现算法验证、研制原型接收机的重要手段。GPS信号的实时采集是软件GPS接收机各种功能实现的前提。本文设计了一种软件GPS接收机实时信号采集方案。该方案以McBSP接收射频前端NJl006AK数字化输出,通过McBSP事件驱动EDMA在外部扩展sDRAM中进行乒乓缓存,并通过ms中断(即1 ms中断1次)与基带算法同步数据,很好地满足了软件GPS接收机信号采集的需要。

1 基于DSP的实时采集方案

软件GPS接收机作为软件无线电的典型应用,其本身具有很高的数据采样率和基带算法带来的巨大运算量,跟踪环节还要求提供实时连续采样的GPS信号。这就要求处理器在实时运算的同时,对GPS信号进行高速、连续、实时的采集。软件GPS接收机中的运算目前主要由DSP实现,本文采用TMS320C6416作为核心处理器,在为基带处理提供支持的同时,利用其McBSP、EMDA、EMIF片内外设,配合Nemerix公司的NJ10-06AK和相关接口电路完成对GPS信号实时、连续的采集,其结构如图1所示。

来自天线的1 575.42 MHz GPS信号直接进入集成了LNA的射频接收前端NJl006AK,完成射频信号的滤波、放大、下变频,数字化输出2位并行数据,经并串转换电路后进入TMS320C6416。TMS320C6416通过McBSP和EDMA配合完成数据的搬移,通过EMIF接口扩展SDRAM完成数据的存储。McBSP接收串行数据为连续的32位字,并在每个32位字接收完成时,通过McBSP接收事件触发EDMA完成接收32位字到外部扩展SDRAM的搬移。为了保证实时数据的连续接收和同步,McBSP接收事件对应。EMDA通道分别在SDRAM内开辟2个1 ms数据空间缓冲区,并通过链接配置为乒乓缓存操作。当一个缓冲区搬移操作结束时,EDMA切换到另一个缓冲区并发出EDMA中断,通知CPU ms数据采集完毕,实现采集数据与基带处理同步。

2 系统硬件设计

2.1 射频接收电路

NJl006AK是Nemerix公司推出的双超外差GPS射频前端接收芯片。它内部集成了LNA,具有可通过引脚设置的本振频率,同时可直接与有源或者无源天线对接。采用NJl006AK配合无源天线完成射频信号的接收、处理,其电路如图2所示。

无源天线通过L1、C1、C3、L5耦合GPS信号进入NJl006AK内部集成的LNA,进行低噪声放大;并由LNO引脚进入L2、L3、L4、C2、C4和SAW晶振TQS949-AA-7G构成的滤波电路,完成GPS L1带外信号的滤除。NJl006AK通过MODE引脚接地选择本地振荡频率为1 554.86 MHz,与由RFI引脚进入的滤波后的信号混频,完成下变频得到20.55 MHz中频信号。该中频信号由NJl006AK通过内部AGC放大后经2位ADC欠采样完成二次下变频,输出SGN、MAG数字信号。ADC参考时钟通过XEN引脚接地选择由CP引脚输入基带接口提供的16.129 MHz采样时钟。此外,L6、L7、C6、C9构成中心在25.55 MHz、带宽3.5 MHz的滤波电路,以滤除A/D转换过程中引入的镜像频率;R1、C7、C10构成NJl006AK内部PLL的外部滤波电路;AVDD、TVDD为NJl006AK提供3.3 V工作电压;C5、C8完成NJl006AK片上输出电压的滤波,防止芯片内部参考偏移。

2.2并串转换及存储接口电路

并串转换和外部SDRAM存储接口电路如图3所示。

50 MHz温补晶振通过CLKIN为TMS320C6416提供时钟输入,CLKMODE0、CLKMODEl上拉配置内部PLL为20倍频,使处理器工作在1GHz。McBSP0在向射频前端提供采样时钟CLKF的同时,通过与SN54LV166A接口完成并串转换。EMIFA以32位形式与Microm公司64.Mb 32位SDRAMMT48LC2M-3282-6对接,实现外部存储的扩展。

并串转换接口中,SN54LVl66A的CLR引脚接3.3 V禁止异步清零;S/L引脚接地选择并行输入方式,接收A到H并行输入;INH引脚接地使能McBSP0的CLKR提供的移位时钟;来自射频前端的数字信号SGN、MAG在CLKR上升沿,依次通过QH输出到McBSP0完成接收。

外部扩展SDRAM配置在EMIFA CE0空间,BEAl6下拉,BEAl7上拉设置CPU内部6分频,AECLKOUTl输出166 MHz与MT48LC2M3282-6的CLK对接,其他控制信号ASDCKE、ACE0、AS-DRAS、ASDCAS、ASDWE、AEA[13:3]、ABE E3:O]、AEDE31:O]直接与MT48LC2M3282-6对应的信号连接。由于SDRAM复用地址线,MT48LC2M3282-6的A11~A18与A0~A7复用,BA0、BAl作为A19、A20提供组选择信号,所以TMS320C6416的AEA3~AEAl3对接MT48LC2M3282-6的A0~A10完成A0~A18的传送,AEAl4、AEAl5接BAl、BA0提供组选择信号。

来源:维库开发网

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