TI數(shù)字中頻芯片GC6016配置與應(yīng)用分析 - 全文

　　摘要

　　GC6016 是 TI針對(duì)數(shù)字直放站應(yīng)用而推出的一款數(shù)字中頻處理芯片。本文主要描述了 GC6016 的加載流程，初始化配置，數(shù)據(jù)采集配置，以及和上下游芯片的配合調(diào)試方法。

　　1、 概述

　　GC6016是TI針對(duì)數(shù)字直放站應(yīng)用而推出的一款數(shù)字中頻處理芯片。與其同時(shí)推出的類(lèi)似芯片還有GC5330。其中GC6016除了CFR和DPD外，具有GC5330的所有功能，包括DUC， TX

　　equalizer， Bulk Up converter， RX equalizer， DDC， feAGC，beAGC， I/Q imbalance correction， DC offset cancellation. 其處理能力達(dá)到48個(gè)上下行通道，最大支持4個(gè)發(fā)射天線或者8個(gè)接收天線，支持靈活的小數(shù)倍率重采樣配置，支持多模配置。能夠很好的應(yīng)用于各種 3GPP，3GPP2以及 MC-GSM等無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

　　GC5330的應(yīng)用結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖中可以看到，GC5330需要DSP配合才能實(shí)現(xiàn)完整功能。事實(shí)上，DSP不但完成DPD的算法處理，還完成芯片加載與配置功能。這些功能均通過(guò) DSP向主控 CPU提供的 API函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

　　圖 1. GC5330應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖

　　GC6016的應(yīng)用架構(gòu)如下圖所示。從圖中可以看出，GC6016無(wú)需外掛 DSP，其不能支持DPD。CPU通過(guò)EMIF或者 SPI直接訪問(wèn) GC6016芯片。因此其所有配置與控制都需要在 CPU直接實(shí)現(xiàn)。因此配置流程以及芯片控制都需要用戶編程實(shí)現(xiàn)。

　　圖 2. GC6016應(yīng)用架構(gòu)圖

　　本文的目的在于幫助用戶快速高效的配置與控制GC6016.

　　2、 GC6016功能介紹

　　GC6016支持目前主流的基站收發(fā)信機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，包括：3GPP（LTE、WCDMA、TDSCDMA）、

　　3GPP2（CDMA2000）、MC-GSM、wimax 以及WiBRO（OFDMA）。

　　GC6016支持混模，典型混模型態(tài)比如 LTE+WCDMA，LTE+TDSCDMA。

　　GC6016支持最大48個(gè)載波處理，支持小數(shù)倍抽取、插值；

　　芯片最大速率支持 368M；

　　支持最大4路發(fā)射天線，8路接收天線；

　　支持接收FeAGC，BeAGC；

　　支持?jǐn)?shù)據(jù)采集；

　　外部接口支持SPI（3 or 4 wire）或者 EMIF；

　　支持各節(jié)點(diǎn)增益調(diào)整，功率統(tǒng)計(jì)；

　　支持收發(fā)均衡；

　　與基帶FPGA、AD及DA之間支持多種速率和格式接口；

　　23x23mm，484-ball TE-PBGA封裝；

　　GC6016的功能框圖如下所示。

　　圖 3. GC6016功能框圖

　　3、 GC6016的上電配置流程

　　GC5330/6016的配置文件是擴(kuò)展名為tgtcfg的文本文件，包含了GC運(yùn)行以及業(yè)務(wù)支撐的全部信息。由于該芯片支持多種通訊標(biāo)準(zhǔn)，并且可以按照客戶需要靈活配置，因此針對(duì)不同的系統(tǒng)需求，該tgtcfg文件不同。該文件由TI根據(jù)客戶需求產(chǎn)生并提供給客戶。

　　系統(tǒng)上電之后，應(yīng)該首先配置好單板，包括 CPU自身、電源、FPGA、時(shí)鐘、AD以及 DA等芯片（需要說(shuō)明的是，一般需要等到系統(tǒng)全部配置完成之后才會(huì)打開(kāi)發(fā)射同道）。

　　然后下載GC配置文件。配置文件一般會(huì)有超過(guò) 60000次的寄存器寫(xiě)操作。如果使用 50M速率EMIF接口，耗時(shí)大概在幾十毫秒；如果采用 SPI接口，則耗時(shí)會(huì)增大，這一點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮。

　　配置下載完成之后，進(jìn)入等待 PLL鎖定狀態(tài)。在該狀態(tài)下需要判斷寄存器 0是否為1，為 1表示復(fù)位成功。必須該狀態(tài)有效才可啟動(dòng)下一步操作。

　　GC初始化狀態(tài)完成芯片使能。需要說(shuō)明的是，GC的初始化需要用到外部的同步信號(hào) syncA，該信號(hào)一般由FPGA提供，用于使能芯片配置寄存器，該 syncA信號(hào)也用于數(shù)據(jù)采集或者對(duì)芯片在線配置的使能。關(guān)于芯片初始化，TI提供相應(yīng)的樣例供參考。典型情況下syncA信號(hào)的周期是5ms或者 10ms，脈寬是8個(gè) BB時(shí)鐘周期，該信號(hào)在時(shí)序上需要和 BB_frame信號(hào)上升沿對(duì)齊。

　　圖 4. GC6016初始化流程圖

　　4、 GC6016的增益調(diào)整

　　GC6016提供各個(gè)節(jié)點(diǎn)的增益調(diào)節(jié)功能。

　　下行通道可調(diào)整增益的節(jié)點(diǎn)如下圖。對(duì)于發(fā)射通道，大部分情況下，調(diào)整 BB gain，sum gain， pre-CFR以及 post-CFR 4個(gè)節(jié)點(diǎn)就可滿足客戶需求。對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)，如非必要，不建議調(diào)整。

　　圖 5. GC6016下行增益調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)

　　上行通道可調(diào)整增益的節(jié)點(diǎn)如下圖。

　　圖 6. GC6016上行增益調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)

　　各模塊的增益調(diào)節(jié)范圍及精度如下表所示。其中，BB_gain節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)讀寫(xiě)AI寄存器修改并同步，pre-CFR及 post-CFR節(jié)點(diǎn)修改后需要同步。

　　另外請(qǐng)注意，除了BBgain，pre_cfr_gain和post_cfr_gain可以精確調(diào)整增益外，其他幾個(gè)節(jié)點(diǎn)只支持 6dB步進(jìn)調(diào)整。R2C為實(shí)數(shù)到復(fù)數(shù)的轉(zhuǎn)換，如果使能該模塊，則固定增益為-3dB。feAGC也可配置為固定增益模式，其增益精度和范圍由增益表以及配置確定。對(duì)于 PFIR，也可以通過(guò)修改系數(shù)調(diào)整增益。

　　Table 1. 表 1. GC6016內(nèi)部增益

　　5、 GC6016 capture buffer配置

　　GC6016支持各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。該功能可用于問(wèn)題定位、GC6016監(jiān)控以及接收ADC同道的性能分析。數(shù)據(jù)采集功能的配置流程如下。需要說(shuō)明的是，CB讀出來(lái)的數(shù)據(jù)一般是IQ交織的格式（某些特殊情況如實(shí)反饋模式下則為連續(xù)數(shù)據(jù)），每個(gè)數(shù)據(jù) 18bit。

　　圖 7. GC6016數(shù)據(jù)采集流程

　　6、 GC6016功率統(tǒng)計(jì)模塊配置

　　GC6016內(nèi)部有兩個(gè)功率統(tǒng)計(jì)模塊。一個(gè)是 BB power統(tǒng)計(jì)模塊，一個(gè)是IBPM模塊。BBpower模塊可以同時(shí)統(tǒng)計(jì)某 DDUC內(nèi)部 12個(gè)載波的功率，但是同一時(shí)刻只能統(tǒng)計(jì)一個(gè) DDUC。IBPM包含 IBPM0、IBPM1及 IBPM2等3個(gè)子模塊，可以同時(shí)統(tǒng)計(jì)3個(gè)節(jié)點(diǎn)的功率。各IBPM子模塊還包括 hist功能，其信號(hào)來(lái)源和對(duì)應(yīng)的IBPM子模塊一致，但是三個(gè)子模塊公用hist threshold。Hist功能主要用于信號(hào)估計(jì)， 每個(gè) hist子模塊有兩個(gè)估計(jì)通道。

　　BBpower模塊的配置流程如下圖示。其中，interval time共計(jì) 9bit，單位為 64 BB samples。Integration time共計(jì) 13bit，單位為 4 bb samples。功率寄存器為AI寄存器。

　　圖 8. BBpower統(tǒng)計(jì)模塊配置流程圖

　　IBPM模塊的配置流程如下圖示。需要說(shuō)明的是，如果配置某 IBPM模塊為RX通道功率統(tǒng)計(jì)，則在配置IBPM node的同時(shí)還需要選擇接收通道。

　　圖 9. IBPM配置流程圖

　　7、 GC6016 發(fā)送測(cè)試信號(hào)

　　GC6016可以發(fā)送測(cè)試信號(hào)用于系統(tǒng)調(diào)試定位或者發(fā)射通道性能測(cè)試。GC在 BB或者 DDUC內(nèi)部通過(guò)簡(jiǎn)單的配置即可發(fā)射單音（常數(shù)配合nco）、lfsr及 ramp等測(cè)試信號(hào)，極大地方便調(diào)測(cè)以及問(wèn)題定位。

　　BB side發(fā)射測(cè)試信號(hào)的流程如下圖所示。該testgen的位置在 BBgain之前，BB FIFO之后。如果需要disable該功能，只需將對(duì)應(yīng)的testmode bit清 0即可。

　　需要注意，如果要在測(cè)試模式下修改信號(hào)幅度，則需要先退出測(cè)試模式，修改完測(cè)試信號(hào)幅度之后再次啟動(dòng)測(cè)試模式。

　　圖 10. BB test gen啟動(dòng)流程圖

　　DDUC side發(fā)射測(cè)試信號(hào)的流程如下圖所示。該testgen的位置在每個(gè)DDUC的 Farrow處。需要說(shuō)明的是，該配置會(huì)導(dǎo)致 GC配置被修改，因此需要在 disable testgen之前將對(duì)應(yīng)寄存器修改回原值。對(duì)于多載波系統(tǒng)，建議在summer mapping環(huán)節(jié)關(guān)掉多余載波，只保留單載波用于測(cè)試。

　　圖 11. FRW testgen 啟動(dòng)流程圖

　　需要說(shuō)明的是，如果通過(guò)BB或者DDUC發(fā)送單音，則需要考慮各級(jí)濾波器的影響。

　　GC也支持從BUC發(fā)送 test pattern測(cè)試和DAC的接口。也支持 BUC發(fā)送常數(shù)，然后調(diào)整 buc nco的模式發(fā)單音測(cè)試 DAC。

　　8、 GC6016頻點(diǎn)配置流程

　　用戶可能會(huì)修改載波頻點(diǎn)。該功能可通過(guò)如下流程實(shí)現(xiàn)。注意頻率控制字為48bit。

　　圖 12. GC6016頻點(diǎn)配置流程圖

　　用戶也可能會(huì)修改 nco的相位。相位的計(jì)算公式如下：phase（度）=360*value/65535. 每一個(gè)載波有對(duì)應(yīng)的相位寄存器，寫(xiě)入需要的相位值之后，再用對(duì)應(yīng)的同步是能寄存器同步一下即可。

　　9、 總結(jié)

　　本文詳細(xì)說(shuō)明了GC6016中用戶常用功能的配置流程。本文的一些內(nèi)容對(duì)于 GC5330的調(diào)試和定位也有所助益。作者希望本文能對(duì)用戶開(kāi)發(fā)、調(diào)試 GC6016提供指導(dǎo)和幫助。

　　10、 參考資料

　　GC6016-wideband transmit-receive digital signal processors

　?。?http://www.ti.com/lit/ds/slws227a/slws227a.pdf ）