PAD在接收機(jī)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

可重構(gòu)結(jié)構(gòu)是一種可以根據(jù)具體運(yùn)算情況重組自身資源，實(shí)現(xiàn)硬件結(jié)構(gòu)自身優(yōu)化、自我生成的計(jì)算技術(shù)。動(dòng)態(tài)可重構(gòu)技術(shù)可快速實(shí)現(xiàn)器件的邏輯重建，它的出現(xiàn)為處理大規(guī)模計(jì)算問(wèn)題提供了一種兼具通用處理器靈活性和ASIC電路高速性的解決方案。在筆者所從事的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，當(dāng)模擬器件的一些性能改變但又不能及時(shí)更新調(diào)整后端的數(shù)字基帶處理時(shí)，比如濾波器由于工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)引起的溫漂特性所帶來(lái)的影響，此時(shí)就可以用可編程模擬器件替代一部分前端固定模擬器件，進(jìn)而可以實(shí)時(shí)的對(duì)FPGA模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)可重構(gòu)操作，最終達(dá)到系統(tǒng)性能的最優(yōu)化。

　　可編程模擬器件

　　可編程模擬器件是近年來(lái)嶄露頭角的一類(lèi)新型集成電路。它屬于模擬集成電路，即電路的輸入、輸出甚至內(nèi)部狀態(tài)均為隨時(shí)間連續(xù)變化且幅值未經(jīng)過(guò)量化的模擬信號(hào)；同時(shí)，該類(lèi)器件又是現(xiàn)場(chǎng)可編程的，即可由用戶(hù)通過(guò)改變器件的配置來(lái)獲得所需的電路功能。為支持上述可編程能力，可編程模擬器件需以可編程模擬單元(CAB)和可編程互連網(wǎng)絡(luò)(PIN)為核心，配合配置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入單元、輸出單元或輸入輸出單元等共同構(gòu)成[1](見(jiàn)圖1)。

圖1　可編程模擬器件組成框圖

　　多數(shù)可編程模擬器件在單一的+5V電源電壓下工作，額定功耗為100mW量級(jí)。由于采取了特殊的措施，其輸入、輸出線性范圍通常可達(dá)到接近滿(mǎn)電源電壓量程；閉環(huán)帶寬已達(dá)到數(shù)百千赫到數(shù)十兆赫；頻率失真度、共模抑制比、內(nèi)部噪聲等指標(biāo)也已達(dá)到中、高精度運(yùn)算放大器的水平。

　　盡管模擬信號(hào)處理的精度低于數(shù)字信號(hào)處理方式，但仍能滿(mǎn)足許多重要應(yīng)用對(duì)計(jì)算精度的要求，而所需的電路規(guī)模較小，成本也較低。同時(shí)利用其可編程特性，還可以實(shí)現(xiàn)精確的自動(dòng)調(diào)諧和自動(dòng)增益控制，顯著提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。

　　相位檢測(cè)器的實(shí)現(xiàn)

　　TRAC(完全可重配置模擬電路)是英國(guó)FAS公司的現(xiàn)場(chǎng)可編程模擬器件系列產(chǎn)品的總稱(chēng)。它提供了一條從信號(hào)處理問(wèn)題出發(fā)，可解決各種常見(jiàn)的信號(hào)處理問(wèn)題。器件參考模擬計(jì)算機(jī)的運(yùn)算單元并加以擴(kuò)充，使器件內(nèi)部的每個(gè)可編程模擬單元均具備加、減、取負(fù)、對(duì)數(shù)、反對(duì)數(shù)、積分、微分等8種運(yùn)算功能，因此只需選定運(yùn)算的類(lèi)型和給出必要的參數(shù)，便可以很方便地完成對(duì)有關(guān)單元的設(shè)計(jì)，根本無(wú)須考慮單元電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等具體細(xì)節(jié)。其內(nèi)部各單元之間采取自左向右固定連接的形式，所有單元的輸入輸出端均引出至器件引腳上，并且允許利用各單元均具備的“直通”和“關(guān)斷”功能或者利用外接的“短路線”來(lái)修改這種基本連接[1](見(jiàn)圖2)。

圖2　TRAC器件結(jié)構(gòu)示意圖

　　在筆者所從事的認(rèn)知無(wú)線電硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)中，由于需要從強(qiáng)信號(hào)背景環(huán)境中識(shí)別提取出微弱的信號(hào)，因而可利用TRAC器件構(gòu)成相敏檢測(cè)器，并將其作為鎖存放大器的一部分。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要電路像窄帶濾波器那樣工作，除去大部分不希望要的強(qiáng)信號(hào)而僅允許待測(cè)的微弱信號(hào)通過(guò)。

　　圖3所示為相位檢測(cè)器的基本框圖。輸入信號(hào)和參考開(kāi)關(guān)信號(hào)具有相同的頻率和相位。從所示的開(kāi)關(guān)輸出中可望得到一個(gè)全波整流信號(hào)，而且經(jīng)過(guò)低通濾波器后，便可得到和交流信號(hào)電位成比例的直流電壓輸出。在實(shí)際應(yīng)用中，輸入信號(hào)可能非常小，因此還需要加入前置放大級(jí)以支持精確的檢測(cè)。因?yàn)橥ǔＰ枰谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)連續(xù)改變參考信號(hào)的頻率，同時(shí)測(cè)量相應(yīng)的直流輸出。同樣，若需要檢測(cè)某個(gè)單一頻率，則參考信號(hào)必須與待測(cè)輸入信號(hào)頻率相同。由于相位檢測(cè)器也對(duì)相位敏感，因此當(dāng)兩個(gè)信號(hào)相位相同時(shí)會(huì)得到最大的輸出電壓。

圖3　相位檢測(cè)器框圖