（微电子学与固体电子学专业论文）广播数据系统解调器设计开发.pdf

东南大学工程硕士学位论文 论文名称数字广播系统解调器设计开发 研究生姓名汤大勇 导师姓名胡晨( 校内) 袁敏民( 校外) 学校名称东南大学 擅要：广播数据系统( r a d i od a t as y s t e m 简称r d s ) 是在调频广播信道的5 7k h z 副载波上传送数据的 一种调频多- r 系统，该系统自1 9 8 4 年以来一直在欧洲使用，其最新采用的标准是1 9 9 5 年1 2 月由欧洲电工 技术标准化委员会( c e ne l e c ) 制定的e n5 0 0 6 7 。美国对欧洲的r d s 标准作了某些微小的修改后，称之 为r b d s ( r a d i ob r o a d c a s td a t as y s t e m1 于1 9 9 3 年投入运行，由于该系统完全利用原有调频广播设备且无 须增加传输信道。所以被认为是一种最为经济的信息传输手段。 本文介绍了一款广播数据系统解调芯片的设计开发过程。这款r d s 解调芯片中主要包括一个带通滤 波器、解调电路和一个缓冲r a m 。r d s 数据的读出可以工作在由外部提供时钟的从模式，也可以工作在 主模式。在主模式下数据的读出由i c 自己提供的时钟信号同步。 包含f m 立体声广播信号和r d s 信号的混合信号首先经过抗混叠滤波器用于滤除m p x i n 信号中高于 1 0 0 k h z 的高频信号。然后送入一个带通滤波器用于分离出r d s 信号，此带通滤波器是一个5 7 k h z 的八 阶开关电容带通滤波器，它由4 个二阶带通滤波器组成。然后信号送入平滑滤波器，该平滑滤波器由一个 源跟随器和一个二阶低通滤波器构成，用于平滑从带通开关电容滤波器输出的信号。之后信号送入比较器 将5 7 k h z 的调制信号进行a d 转换，形成数字信号，送到后面的数字解调器中。r d s 解调的主要任务是 完成载波的恢复、基带信号的解码和位定时的提取。 在r d s 中需直接从接收的已调信号中提取载波。在芯片中特殊设计了一种锁相环路，即所谓的抑制 载波跟踪环，完成载波同步的功能。本载波恢复电路中采用的d p d 不是一般的二元鉴相器，在有效的相 位比较结果中不仅给出相位超前或相位滞后两种相位误差极性，而且相位误差的绝对大小也给出，从而具 有良好的性能。r d s 基带信号采用的调制方式是b p s k ( 双相移相键控) 。本电路中采用的是一种准确性 和抗干扰性都良好的b p s k 解调电路。最后为了方便m c u 接口，电路设置了可以存储l o o m s 信号的r a m , 从而允许主从模式读取解调后的信号。为了方便测试，电路还建立了测试模式。 在设计过程中，首先明确了整个芯片的规范，确定了各个子模块的功能和性能要求，根据各个模块的 功能、性能要求设计各个模块电路，然后通过仿真确保电路设计的正确性。经过版图设计，工程批流片后 得到i c 成品。为了测试又搭建了测试电路及r d s 信号发生电路。通过测试及客户批量使用，验证了该电 路。 本文第二章简单介绍了r d s 的原理和本解调电路的功能性能规范要求。第三章详细介绍了各个模块 电路的原理和设计结果。第四章介绍了芯片的测试和应用情况。 关键词：数据广播系统a s i c 设计解调器 东南大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t ：r d s ，a l s ok n o w na sr b d s ，i sad a t as t r e a mn 置n s m i t 吲o na n a l o gf mr a d i os i g n a l s ， r a d i os t a t i o n sc a nc h o o s et ot 旧n s m nc a l i j e t t e r s ，s o o gt i t l e sa n do t h e rt e x t , w h i c hr b d s 稍p a b l er a d i o s w i l lr e c e i v ea n dd i s p l a y r d si sa b s o l u t e l yf u t u r ep r o o fa n dw i n o tb er e p l a c e db yd a b a ti e a s tu n t i is u c ht i m ea sw h e n f mb r o a d c a s t i n gc e a s e st oe x i s ta n dt h i s ，f o rs u r e i sn o tg o i n gt oh a p p e nw i t h i nt h en e x t1 0y e a r s i n s p i t eo ft h eb r e a t h t a k i n gd e v e l o p m e n t so ft h en e we r a o fd i g i t a lb r o a d c a s t i n g ar a d i od a t as y s t e md e m o d u l a t o ri cj sd e v e l o p e d t h i si ci n t e g r a t e sab a n d p a s sf i l t e r , t h e d e m o d u l a t i o nc i r c u i t 。a n db u f f e rr a mo nas i n g l ec h i pa n dc a nr e a do u tr d sd a t ei ns l a v em o d e o p e r a t i o nw i t ht h ep r o v i s i o no fa ne x t e m a ic l o c ki n p u t i ta l s os u p p o n sm a s t e rm o d e ，j nw h i c ht h ed a 切 i sr e a do u ti ns y n c h r o n i z a t i o nw i t ha nr d sc l o c k0 u 佃u tp r o v i d e db yt h el ci t s e l f i nt h ew h o l ed e s i g np r o c e s s ，t h er d sd e m o d u l a t o rs p e c i f i c a t i o nh a sb e e ne s t a b l i s h e df i r s t ，t h e n d e f i n et h es u b m o d u l e a n dt h e ns i m u l a t ee a c hm o d u l ev e 帆t h e i rf u n c t i o n a f t e rl a y o u td e s i g nt h ei cw a sf a b n c a t e da n dn o wi tw a st e s t e do k n o ws o m ec u s t o m e rh a du s e d t h ei ci nt h e i rs y s t e m 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：违叁重导师签名： l ：垂。幺丝日期：谢协吵 第一章绪论 第一章绪论 广播数据系统( r a d i od a t as y s t e m 简称r d s ) 是在调频广播信道的5 7k h z 副载波上传送数据的一种 调频多【系统，该系统自1 9 8 4 年以来一直在欧洲使用，其最新采用的标准是1 9 9 5 年1 2 月由欧洲电工技术 标准化委员会( c e ne le c ) 制定的e n5 0 0 6 7 。美国对欧洲的r d s 标准作了某些微小的修改后，称之为 r b d s ( r a d i ob r o a d c a s td a t as y s t e m ) 于1 9 9 3 年投入运行，由于该系统完全利用原有调频广播设备且无须 增加传输信道，所以被认为是一种最为经济的信息传输手段。带r d s 功能的车载收音机在欧美几乎成为原 厂车的基本配置，有着广泛的应用。 ，播数据系统( r d s ) 能让用户预先选择的调频广播接收器的操作。带有r d s 能力的f m 广播接收器 叫做“智能收音机”。收音机使用者可以用r d s 扫描特定类型的节目比如当前事件、科学或者流行音乐而 不用经常手动操作调节。旅行中的听众可以收听专门的交通广播，即使这个信息是来自另外一个并非当前 调谐的广播站发送的。在干扰区，r d s 能让接收器自动的调节到此时播放相同节目且信号比较强的机站频 率。r d s 接收器也能接收并显示一些简短的文本信息，自动校时等。除了使用方便，r d s 还能加强驾驶安 全性，因为它能让司机注意路面而不是关注于收音机的控制。 开发此项业务能完善f m 广播节目，扩大服务范围。该业务与f m 广播同步，利用文字、图形播送f m 广播所播送的音乐演奏者、指挥者、歌词等内容，使至今为止只能由听觉获得信息的f m 广播也能通过视 觉获得信息。这就是所谓的节目服务功能( p s ) ，除了上面所说的功能外，还能指出节目类型( p r o g r a m t y p e ，f r y ) ，即p 1 y 功能，实际上就是节目标签，告诉你在什么地方可以收听到新闻等。用具有这一系统的接 收机收听节目时，只要告诉接收机你在什么地方，想收听什么样的节目，r d s 就能帮你调到电台，并告诉 你这个台的频率、电台名字，若是正在播放音乐或歌曲，还能告诉你是什么曲子、歌名等等。 8 0 年代中，日本n h k 研究开发新的调频广播方式，称为数据广播信道系统( d a r e ) 、它使用7 6 k h z 的副 载波，传送的码率达1 6 k b s ( 而r d s 只有1 1 8 7 5 k b s ) ，可传送交通信息、新闻、天气、金融、娱乐等多种信 自使用f m 频数进行r d s 或s c a 数据广播时，由于多径反射造成了电波的衰落，高速或移动接收f m 广播时， 接收的质量难以满足要求。1 9 8 6 年，欧共体制定了尤里卡1 4 7 计划，提出发展数字音频广播 ( r a b ) ，m m v s i c a m ( 掩蔽塑通用子频带集成编码和复用) ，信道编码采用编码正交频分复用( c o f d m ) 使用 2 k 个载波进行调制，在1 5 m b s 的有效传输码流中，可播出6 路具有c d 质量的广播，这种广播的信源编码采 用具有抗干扰，高电波衰落，高声音质量等特点，适合如移动接收，在广播声音信号的同时，可广播交通信息、寻 呼、天气预报、广告、图像等数据信息。 进入9 0 年代末，d a b 数码广播向多媒体数码广播( d m b ) 发展，它不仅可播声音( c d 质量) ，还可以播多媒 体数据，即电视图像，i p 以及各种数据，它特别适合于移动中接收图像、移动上网、移动通讯等业务，它所具有 的速率高、宽带、抗干扰、移动时接收强等优点，是建设现代社会智能化交通信息网络系统的理想技术手段。 旱在1 9 8 1 年，德国i r t ( 广播技术研究所) 便开始d a b 相关编码技术的研究工作，1 9 8 7 年便成为欧溯 高科技重点开发项目之一( 尤里卡1 4 7 计划) 。经过多年的试验不断改进、完善和标准化后，于1 9 9 5 年秋 在英国和瑞典等国家首先正式投入商业运行。由于世界各国d a b 发展思路不同，各国所采用制式标准也 各异。我国和主要工业化国家及亚太地区的新加坡、马来西亚、韩国等国家都采用e u r e k a 一1 4 7 作为数字 广播标准：加拿大等国在参照该标准的基础上略作修改；美、日等发达国家则从自己的本国的实际情况出 发。另行设计有所不同。 欧洲一些国家于1 9 8 7 年成立了e u r e k a 一1 4 7 共同体组织。在1 9 8 8 年的日内瓦w a r c 世界咨询无线 会议上，进行了第一次d a b 试验。其d a b 系统特点是：在移动接收条件下仍然可得到高质量的节目信号， 解决了城市多径传播和快速移动时产生的频率选择性衰落和时间选择性衰落问题。目前欧洲d a b 频率分 配任务已经完成。作为d a b 发祥地的德国。已明确规定将在2 0 1 5 年由d a b 代替现有的f m 与a m 广播， 到时f m 、a m 将停止使用。 东南大学工程硕士论文 美国所发展的数字广播系统针对f m a m 广播频段设计，使用带内同频技术。其目的在于：在该系 统不改变现有调频频率规划的基础上，在同一频段内同时播出模拟调频，“播和数字音频广播，利用现有的 a m 和f m 频率进行覆盖。它的特点是与现行广播系统兼容，解决频道少的问题，不需要重新规划频道。 美国国家广播制式委员会( n g s c ) 已批准将“带内同频技术”作为美国地面数字音频广播的传输标准。现在， 美国各调幅和调频广播电台可以在自愿的基础上，开始采用带内同频系统进行由模拟向数字播出方式的过 渡。 多媒体广播已经成为日本政府推动广播实现数字化功能的重要方向。日本在对欧洲和美国的制式进行 了反复甄别后，提出了自己的解决方案。这个方案的最大意义在于，它可根据需要灵活地确定系统带宽。 它可以使用窄带亦可使用宽带来播出数字广播。现在日本政府制订了结束模拟广播的时间表，以2 0 1 0 年 为模拟“播的停止时限。在缓冲期内( 1 9 9 8 - 2 0 0 9 ) ，日本政府每三年全面勘察每个地区数字广播的普及状况。 我国广播科研部门一直在跟踪国际d a b 的发展动向，积极参与d a b 的科研活动，组织科研单位开 展d a b 节目制作，播出、传输、网络规划、制式标准及相关硬件的研究，并取得了大批研究成果。我 国广电部自1 9 9 2 年6 月就通过了我国开展d a b 重大科研的可行性报告，并从1 9 9 5 年开始根据当时中国 和欧盟关于数字音频广播项目的合作规划，先后分别在北京和广东建立了d a b 实验室和无线发射先导网， 同年在北京的实验室开始了d a b 系统有关数据的测试。广东的d a b 数字音频广播先导网( 中国的第一个 d a b 先导网) 在1 9 9 6 年1 2 月2 5 日开通，1 9 9 7 年7 月1 日正式投入试播，它为国家制定数字广播技术标 准提出了试验数据。该先导网由佛山、广州和中山三个试验试播台组成，有效覆盖了珠江三角洲的大部分 地区。2 0 0 0 年1 0 月1 1 日广东数字音频广播网络系统通过了由国家科技部、广电总局和地方广电部门领导 及专家组成的验收组的验收。京津网也于2 0 0 0 年试播。台湾、香港也在近几年实现了d a b 播出。目前我 国已建好的d a b 网有京津网、广东网、台湾和香港。国家广电总局拟在“十五”期间建立4 6 个d a b 广 播网，并要求在北京举办2 0 0 8 年奥运会之前，在经济发达地区主要干线高速公路实现d a b 的覆盖。预计 到2 0 0 5 年我国一些主要大城市将会试验开展多媒体数字广播。目前广电总局正在研究模拟广播向数字化 过渡的具体方案，制定包括节目制作、播出、地面传输、发射、网络、卫星传输等方面的相关政策和频率 规划。一旦这些“政策软件”开发成功，数字广播播出将指日可待。 据资料分析，中国已成为世界最大的电子产品加工基地。汽车业的蓬勃发展，带动了汽车影音产品市 场的发展。无锡力芯微电子公司开发了一系列汽车影音产品用i c ，r d s 解调电路是其中的一个，本系列 集成电路产业化后，其产值可观。 我们的目标是先开发出汽车影音集成电路系列的代表产品，并以此为契机，最终开发出一系列成套的 产品，以满足市场对不同客户群的需要。打破国外厂商垄断国内市场的局面，并使国内汽车影音集成电路 的开发逐步掌握技术及成本上的优势。 本论文设计的是一款r d s 接收机用的r d s 信号解调芯片。其中集成了一个带通滤波器、解调电路和 一个缓冲r a m 。r d s 数据的读出可以工作在由外部提供时钟的从模式，也可以工作在主模式。在这种模 式下数据的读出由i c 自己提供的时钟信号同步。 2 第二章电路功能，性能要求 第二章电路功能、性能要求 2 1 r d s 编码原理简述 r d s 信号可分为4 层：信号层、基带层、调制层、载波层。信号层包括r d s 源数据形成、源数据编 码、数据帧等；基带层对信号层的输出作时域处理，包括r d s 基本脉冲形成、成形过滤等，以减少码间 干扰：调制层将r d s 信号搬至附加信道，含载波抑制、带宽控制等处理，可避免r d s 通道对立体声通道 的串扰；载波层则是调频发射机对r d s 多工信号的发射。 r d s 发送 广播数据系统标准中规定的r d s 发送端框图见图2 1 ： _ - 一 0 1hnnr - 图2 - 1r d s 发送嫱框图 信号层按e b ud o c - 3 2 4 仁e 规定，r d s 信号层有1 6 种功能的数据组，分为a 、b 两类。这些数 据组技一定格式组成帧结构 基带层 在基带层中r d s 信号是双相差分编码信号，按e b u 规范，r d s 信号的基本脉冲为： 其中，c = 7 9 4 9 2 7 。因此。r d s 脉冲信号可表示为； 洲。矗口联i 一鼢 ( 2 ) 上式中，口 + 1 一l ，是r d s 信号信息位，信号周期t = 1 1 1 8 7 5 s ，4t ：+ 1 及4t ：1 时的 r d s 信号脉冲见图2 - 2 ，其频谱见图2 - 3 。从图中可看出基本脉冲的均值为0 。因此，用r d s 信号作调制 信号是抑制载波的r d s 基本脉冲具有升余弦特性的波形拖尾收敛快的特点，利于避免码间干扰。对基带 至亘奎兰三堡堡主丝奎 信号作差分编码可避免恢复波形时载波相位模糊问题，因而在解调时无需绝对相位基准。易于实现。基带 层输出波形见图2 _ 4 。 r e l a t i v ea m p l i t u d e jl 一八 ”一、 ，、 ，、 i 、 。i 、 ， 、 ；、 t ：。 i 一可、一等 i 等一、葶。一7 、， v 、 、 ， 图2 - 2r d s 基本脉冲 p e a kd e v i a t i o no fm a i nc 耐船 l 图2 3r d s 双相码频谱 调制层 实际信道中传播的r d s 信号是d p s k 信号，可用抑制载波双边带调幅来得到，即： 4 第二章电路功能、性能要求 k o s 韪跏i n 融猫 其中，p 是导频角频率，3 f p = 5 7 k h z 。为了保证附加信道的频谱不干扰立体声信道，5 7 k h z 处高 q 值的带通滤波器是必要的。 图2 - 4r d s 基带层波形和调制层波形 载波层调制后的r d s 信号经过合路处理，与调频立体声信号混合成复合多工信号。送到调频发射 机，在8 7 5 1 0 8 m h z 范围内发射。 2 2 r d s 解码原理简述 r d s 接收广播数据系统标准中规定的r d s 接收端框图见图2 - 5 ， 。 八，、触八 on n n n n 门n n 九门i -_qw 图2 5r d s 接收端框图 r d s 接收机主要完成：附加信道副载波的恢复；基带信号的解码；位定时的提取；帧同步恢复；数据 纠错译码；信息帧分离以及各类数据的定位等。调频接收机鉴频器输出r d s 复合信号，它含有调频立体 声左、右声道信号。立体声导频信号以及附加信道的r d s 数据信息。经过不同的滤波器，便可以将它们 东南大学工程硕士论文 彼此分离开来。利用得到的导频信号，可恢复解调r d s 数据信息所需的相干载波，并由此分频获得提取 位定时地本地时钟。 r d s 解码中的帧同步、纠错译码、帧分离、提取数据等处理，可由微处理器用软件完成。关于附加信 道副载波的恢复、基带信号的解码、位定时的提取的原理，后面结合解码器的设计进行介绍。 2 3 拟设计i c 规格书 2 3 1 概述 e t k 7 2 7 2 3 是一个r d s ( r a d i od a t as y s t e m ) 信号解调i c 。其中集成了一个带通滤波器、解调电路和 一个缓冲r a m 。r d s 数据的读出可以工作在由外部提供时钟的从模式，也可以工作在主模式。在这种模 式下数据的读出由i c 自己提供的时钟信号同步。 2 3 2 功能特点 带通滤波器：开关电容滤波器( s c f ) r d s 解调：功能包括5 7 k h z 载波恢复，时钟恢复，双相解码和差分解码 缓冲r a m ：存储1 2 8 位数据( 约l o o m s ) 数据输出：数据读出可以在主从模式之间切换 r d s i d 侦测：支持i d 复位 待机控制：停止晶振 完全免调整 工作范围：工作电压：4 5 v 一5 5 v 工作温度：4 0 8 5 封装形式：d i p l 6 和s o p l 6 2 3 3 管脚排列图 皿r -11 6 r d s - r ) r e a d y m q 亡2 1 5 r d o 】d a 31 4 r d d a x g s a 4 e r i g y 2 7 2 3 1 3- 1 r s t f l o u t 5 1 2- 1 l v d d e o n 6 l l- 1 m d l d 1 e s r 7 1 0- 1 落d ) 跏t 8 9- 1 n 2 3 4 管脚说明 表2 - 1 芯片管脚说明 图2 - 6 管脚排列图 6 第二章电路功能、性能要求 2m p x i n i 基带信号输入端口( m u l t i p l e x ) 。 3v d d a 模拟电源端口( + 5 v ) 。 4v s s a 模拟地。 5f l o u t o 副载波输出端口( 滤波器输出) 。 6 c i ni 副载波输入端口( 比较器输入) 。 7t e s t i 测试端口。 8x o u t o 晶振输出端口( 4 3 3 2 m h z ) 。 9x n qi 晶振输入端口( 或外部参考信号输入) 。 1 0v s s d 数字电源端口( + 5 v ) 。 1 lv d d d 数字地。 1 2m o d ei 读出模式设置端口( o ：主模式1 ：从模式) 。 1 3r s t i r d s i d 和r a m 复位端口( 高电平有效) 。 1 4r d d ao r d s 数据输出端口。 r d s 时钟输出端口( 主模式) 。 1 5r d c ll ，o r d s 时钟输入端口( 从模式) 。 r d s i d 信号输出端口( 主模式低电平有效) 。 1 6r d s i d ，r e a d yo 数据读出信号准备输出端口( 从模式低电平有效) 。 2 3 6 功能说明 输入输出 表2 - 2 输入输出功能说明 图2 - 7 芯片功能框图 t 麟觏o d e ；。，底隰工撵骥蕊。r ：二：赫。糊钆嘲纛。i 。瑙& 国壤嚣 麟 o0 主模式时钟输出 r d s i d 输出 0l 从模式时钟输入 r e a d y 输出 1 o 待机模式 l l 测试模式 7 l r s t p i n 。 l r s t = 0 止常 作 l l r s t = i r d s i d 和解调电路清零，并且( 在从模式) r e a d y 状态和存储器清零 l 注：r d s i d r e a d y 管脚是n 沟开漏输出，读出数据端口需接一个上拉电阻。 r b c i , r b i b a 输出时序 主模式 从模式下的r i ) c l 控制 表2 - 3 输入输出时序参数 图2 - 9 从模式下r i ) c l r d i ) a 输出时序图 范匿 ” 参数 符号条件 单位 最小值典型值 最大值 r d c l 设置时间t c s r d c l ，r d d a 0 r d c l 高电平时间 t c r d c l 0 7 5 r d c l 低电平时间t c l r d c l0 7 5 数据输出时间t d c r d c l ，r d d a 0 7 5 i t s r e a d y 输出时间t r c r d c l ，r e a d y 0 7 5 i t s r e a d y 低电平时间t r l r e a d y 1 0 7 m s 注 当r e a d y 信号变低后，才可以开始r d c l 时钟输入。应用时若r e a d y 引脚为高，r d c l 信号须保 持为低。 8 第二章电路功能、性能要求 2 每次r d c l 输入由低到高再到低，须在r d c l 变低b l c 时间后检查r e a d y 信号。若r e a d y 引脚为 高，此时须停止r d c l 信号。 3 上述时序条件若满足，在r d c l 信号的上升或下降沿都可以读出r d d a 。 4 当存储器中的最后一位数据被读出后，r e a d y 会在r d c l 变低t i t c 时间后变高，即使存储器中再写入 一位数据，r e a d y 会变低，使此数据可读。 5 当切换频道时，需立即用r s t 输入复位存储器和r e a d y 引脚。否则前一频道的数据会保留在存储器 中。i c 复位后，直到检测到r d s i d 数据才会被写入存储器，所以r e a d y 信号在检测到r d s - i d 后 才会变低。( 在s l a v e 模式下r d s i d 虽不输出，但i c 内部还是检测的。) r s t 输入后，一旦r d s - i d 被检测到，所有接收到的数据会被写入存储器，而不管其后的r d s i d 检测状态。 6 在数据读出过程中，读出模式可以在主从模式间切换，为了保证进行此操作时数据的连续性，应用须 遵守以下几点： 主模式下的数据读取时序须在r d c l 的下降沿读数据。 从主模式切换到从模式的时序，当r d c l 变低且r d d a 数据已被获取，应用须立即将m o d e 置为高。 然后微控制器通过设置r d c l 为低开始输出。微控制器的r d c l 输出须在r d c l 变低后的8 4 0i t s ( t i n s ) 内。在这种情况下，如果在主模式下读出的最后一位数据是时数据项n ，那么数据项n + l 将会被写入 存储器。 从从模式切换到主模式的时序，当存储器中所有数据被读出且r e a d y 变高，应用须等待r e a d y 再 次变低( 图2 1 0 中时序a ) 。立即读出一位数据并输入r d c l 时钟。接下来，当r e a d y 变高时，微 控制器须立刻中止r d c l 输出并且设置m o d e 为低。应用须在r e a d y 信号变低8 4 0 i t s 内设置m o d e 为低( 图2 1 0 中时序a ) 。 2 3 7 极限参数 表2 4 极限参数( t a = 2 5 c ，v d d d = v s s a = 0 v ) 参数 符号藏毽单位条转 最大上作电压v d d m a x - o 3 7 0v v d d d ，v d d a v m l m a x 0 3 + 7 o v t e s t ，m o d e ，r s t 最大输入电压 v r s 2 m a x - o 3 v d d d + 0 3 v x i n ，r d c l v 3 m a x- 0 3 v d d a + 0 3 v 伊x n q ，c i n 最大输出电压v o l m a x o 3 + 7 o v r d s i d ( r e a d y ) 9 东南大学工程硕士论文 v 0 2 m a x- o 3 v d d d + 0 3 v x o u t ，r d d a ，r d c l v 0 3 m a x- 0 3 v d d a + 0 3 v f l o u t i o l m a x 十3 0 m a x o u t ，f l o u t ，r d d a ，r d c l 最大输出电流 1 0 2 m a x + 2 0 0m ar d s i d ( r e a d y ) d i p l 6 ：3 0 0 m w 功耗 p d m a xt a _ - 一乒 7 。竺勤- 由- 陋室西里务 图3 2 6 数控振荡器o f 0 ) 逻辑图 3 2 5 信号同步解调 载波信号恢复后就可以同步解调接收的信号。为取得最佳取样时间，电路提供两路相差9 0 。的载波信 号( b 1 1 5 和b 9 8 ) 分别去采样输入的调制信号，并对其中一路( b 9 8 ) 的解调信号进行评估。其评估是基 于这样一个原理：在一个较长的时间内数据0 和l 的数目应该近似相等。电路中每1 0 个符号速率周期判 断一次，若l o 个周期中“l ”的个数小于3 或大于8 则认为信号质量差。信号t 1 3 1 ( 在每1 0 个周期末有 效) 表示了信号质量状况。0 表示好，l 表示差。同样，为了减少突发噪声干扰的影响，电路中设置了一 个可逆计数器( 从3 到+ 3 ) 。当正向加到+ 3 时若继续加l 则计数器保持为+ 3 ，同样当反向减到3 时若继续 减l 则计数器保持为一3 。用信号f 1 3 l 控制这个可逆计数器( 1 加0 减) ，当计到3 时复位信号y 2 2 ，当计到 + 3 时置位y 2 2 。当y 2 2 为0 选择被评估的这一路( b 9 8 ) 信号，否则选择另一路。这里要注意的是y 2 2 的 改变必须是在锁相环路基本锁定的情况下。电路中用相位误差值滤波器的输出的绝对值是否小于1 1 6 满幅 度作为锁相环锁定的依据。 东南大学工程硕士论文 一妻甘血一 忐网 0 h m 一 r 艺卿 ”寸醢 “冀鞋 卿。时 。如= 丘 2 时 一型蠹习 一= 扣蔓b 4 墨l j 垮 = * 客拈 童挈妊盘 支啦 一地 2 愈 ：o j 十 ：e h 呻啊 ”：e m 。虹。血 。- = 2 1 士 。t 三三自 斗亦 = e 爿 一 蛩乎垂矗一一 图3 - 2 7 载波恢复和信号同步解调逻辑图 3 2 6 r d s 基带信号解码 r d s 基带信号采用的调制方式是b p s k ( 双相移相键控) 。 d a t e c e r r m r e i p s k w a v e f o r m l 11111弋 弋111 l乙ul乙l乙乙乙l r厂、p厂、rr厂、r厂、厂、 juj 厂、弋 厂、弋r 1厂、f厂、r i 乙ul乙ll 、 q 嘉蔫吣 l 0s t a t e1s t a t l p h a s e ss e p a r a t e db y1 8 0 伽r a d l a n s l 图3 - 2 8b p s k 调制示意图 用模拟电路解码b p s k 的原理是这样：使用同步的双联开关将r d s 双相信号转为双极性信号。后接 的积分器累加一个码元周期内的同一极性的两个半周波形，极性转换时，使积分器复位，随即处理下一个 周期的信号。通过比较得到“0 ”、“1 ”取值的数据信号，再由d 触发器取样后，送入后续的差分解码部分 本电路采用的是全数字解码。 电路中这部分电路工作在载波频率，即每半个符号码元周期t h s 含2 4 个时钟。数字积分器( 累加器 a c c 2 ) 累加每半个符号码元周期中的1 0 个时钟，然后将数值存入移位寄存器中，累加器清零。在每个符 号码元周期t f s 中用前半周期的累加数值减去后半周期的数值得到差值m d i f f , 借位信号( k 4 9 ) 即为符号 码元数据。( 1 表示无借位即前 后；0 表示有借位即前 = 舀p m 宣一盘 # 一。匕 3 2 8 与m c u 接口设计 本电路可以工作在主模式，在这种模式下数据的读出由i c 自己提供的时钟信号同步。l i d s 数据的读 出也可以 作在由外部提供时钟的从模式，在这种模式下解调器输出的r d s 数据先存入缓冲r a m ，然后 根据外部提供的时钟数据从缓冲r a m 中读出。 r a m 操作控制电路 电路中设置了写和读两个计数器( b i t ) 作为r a m 的寻址地址。每完成一次写数据，写计数器自动加 1 ；每完成一次读数据，读计数器自动加l 。当读计数器中的地址等于写计数器中的地址时，r e a d y 信号 无效，不允许再读。 模式控制电路 e t k 7 2 7 2 3 有四种工作模式：主模式、从模式、待机模式和测试模式。 表3 - 2 工作模式设置 t e s tm o d e 电路工作模式 r d c lp i nr d s i d r e a d y 00 主模式时钟输出r d s i d 输出 01 从模式 时钟输入 r e a d y 输出 lo 待机模式 1l 测试模式测试选择输出 第三章电路设计 图3 - 3 3r 埘操作控制逻辑图 3 2 9 可测性设计 在l c 7 2 7 2 3 测试模式a 中有1 3 个子模式( 测试模式寄存器r 刑o d ) ，不同子模式对应不同模块的测 试。各模块测试时其激励由寄存器r t s t 和r t a d ( r a m 测试地址) 提供。各模块测试输出送到引脚r d d a 和r e a d y 。 在测试模式a 下引脚r s t 用作串行数据输入端，可以对测试模式寄存器r t m o d 和测试激励寄存器 r t s t 进行赋值。 恻试模式a 的建立】 先置m o d e 和t e s t 为低，x o u t 作为测试时钟，在x o u t 下降沿将m o d e 和t e s t 同时变高，在 接下来的x o u t 上升沿时测试模式a 建立。此前的4 个x o u t 时钟( 上升沿) l i s t 的串行输入被锁存在 r t m o d 中作为测试子模式选择。下表为不同子模式的澳4 试目标。 3 1 东南大学工程硕士论文 表3 - 3 不同测试模式下r d d a r e a d y 引脚的作用 模式测试模块引脚r d d a引脚r e a d y o 测试通路 0 o s c 时钟 lr d s i d 测试p r o b e 输出 测试p r o b e 输出 2 同步解调质量评估电路测试p r o b e 输出测试p r o b e 输出 4 环路滤波器测试p r o b e 输出 测试p r o b e 输出 5 r a m 写读测试p r o b e 输出测试p r o b e 输出 6 符号定时测试p r o b e 输出 测试p r o b e 输出 8 同步解调，相位误差计数器测试p r o b e 输出测试p r o b e 输出 9 r a m 读写控制电路测试p r o b e 输出 测试p r o b e 输出 a 移位寄存器a c c 2 ( b p s k 解调)测试p r o b e 输出测试p r o b e 输出 c 载波n c o a c c i测试p r o b e 输出 测试p r o b e 输出 d 用引脚r s t 作为r d s 解调器输入 r d d a r d s - i d r e a d y e r d d a 产生电路符号相位纠正电路测试p r o b e 输出测试p r o b e 输出 f 模拟电路( 数字部分不工作)比较器输出 0 在上述的各子模式中除了0 、d 、f 外，其激励信号由寄存器r t s t 提供( 当然x o u t 作为时钟信号， 也被视为激励信号) 。当测试模式a 建立后l i s t 作为串行数据输入，r d c l 引脚作为时钟可以对r t s t 移 入数据。下面是不同子模式下的测试功能。 表3 _ 4 测试m o d e l 测试i o描述 s l 置r d s i d l 和l i d s i d 2 为高( 高有效) s 2 0 ：加11 ：减1 s 3 置r d s - i d i 为高r d s q d 2 为低( 低有效) x o u t 计数器时钟 r d d ar d s i d 2 b a dp u l s e r e a d yr d s - i d l g o o dp u l 表3 - 5 测试m o d e 2 测试i o描述 s 1 计数器1 的时钟 s 3 计数器1 计数器2 ，计