射頻定時發(fā)送器基本功能模塊的設(shè)計

引言 

射頻定時發(fā)送器是射頻控制模塊中的一個重要組成部分，用于產(chǎn)生需要定時發(fā)送的射頻控制信號：AD_ON(模數(shù)轉(zhuǎn)換信號)、DA_ON(數(shù)模轉(zhuǎn)換信號)、APC(自動功率控制信號)、AGC(自動增益控制信號)和AFC(自動頻率控制信號)，再通過選擇兩個SPI接口RF_SPI和AD_SPI把控制信號定時地傳送到射頻發(fā)送模塊。射頻定時發(fā)送器需要完成的四種基本功能分別是：定時發(fā)送、競爭發(fā)送、數(shù)據(jù)采樣時鐘分頻，以及APC_burst模式，如圖1所示，本文將詳細(xì)闡述這些基本功能模塊的設(shè)計原理。

 

定時發(fā)送模塊

射頻定時發(fā)送器的主要功能就是定時傳輸射頻控制信息，為了滿足此功能，需要在模塊中設(shè)計兩個FIFO：DATA FIFO用于存儲射頻控制信息；T1ME FIFO用于存儲時間信息。模塊中設(shè)定當(dāng)系統(tǒng)幀計數(shù)器與TIME FIFO中存儲的某一時間相同時，就把與這個時間對應(yīng)的射頻控制信息發(fā)送出去。因此還需設(shè)計一個模塊，判斷當(dāng)幀計數(shù)器的值等于FIFO_time(FIFO中存儲的時間)時，產(chǎn)生使能信號(read_en，fifo_read_en，time_int)發(fā)送信息，工作流程如圖2所示。

FIFO

該模塊中將設(shè)計兩個FIFO，它們將需要發(fā)送的射頻控制信息及其發(fā)送時間緩存起來，設(shè)計用FIFO進(jìn)行存儲的目的是將這兩種信息一一對應(yīng)起來，避免發(fā)送的時候出錯。

define data_fifo

module data_fifo(rst_，clk，we_i，rd_i，addwr_i，addrd_i，fifo_data_i，fifo_data_o)；

1) 首先定義該模塊的信號線：輸入信號為rst_(復(fù)位信號)、clk(標(biāo)準(zhǔn)時鐘)、we_i(寫信號)、rd_i(讀信號)、addwr_i[4：0](寫FIFO地址)、addrd_i[4：0](讀FIFO地址)和fifo_data_i[11：0](寫入FIFO的值)；輸出信號為fifo_data_o[11：0](FIFO輸出值)。

2) 再定義一個寬度為12位、深度為32的FIFO：reg [11：0]register_fifo[0：31]；

3) 設(shè)計寫FIFO的情況：以clk為參考時鐘，首先判斷復(fù)位信號，當(dāng)復(fù)位信號為低時，對FIFO進(jìn)行復(fù)位：if(!rst_)register_fifo[0……31]<=12’b0；當(dāng)rst_不為低且we_i為高時，則對FIFO進(jìn)行寫操作：if(we_i==1’b1)register_fifo[addwr_i]<=fifo_data_i；

4) 設(shè)計讀FIFO的情況：同樣以clk為參考時鐘，先判斷復(fù)位信號，當(dāng)復(fù)位信號為低時，對fifo_data_o進(jìn)行復(fù)位：if(!rst_)fifo_data_o<=12’b0；當(dāng)rst_不為低且rd_i為高時，則對FIFO進(jìn)行讀操作：if(rd_i==1’b1)fifo_data_o<=regsiter_fifo[addrd_i]；

使能信號及中斷產(chǎn)生模塊

FIFO讀／寫使能信號是由外部模塊驅(qū)動的，因此需要設(shè)計一個模塊用于產(chǎn)生控制FIFO的讀／寫信號，并且該模塊還需產(chǎn)生時間中斷信號用于使能發(fā)送器。

define transfer time

module time_count(rst_，clk，fifo_time，framc，read_en，fifo_read_en，time_int)；

1) 首先定義該模塊的信號線：輸入信號為rst_、clk、fifo_time[15：0](FIFO中存儲的時間信息)、framc(幀計數(shù)器值)；輸出信號為read_en(FIFO地址累加使能信號)、fifo_read_en(讀FIFO值使能信號)、time_int(時間中斷信號)；再定義一個reg[1：0]time_int_delay，用于存儲time_int在上一個時鐘的信息，如time_int_delay[0]<=time_int；time_int_delay[1]<=time_int_delay[O]；

2) 定義fifo_read_en信號在time_int被拉高后延遲一個clk拉高，再延遲一個clk拉低，即assignfifo_read_en=time_int|(time_int_delay[0])；定義read_en信號在time_int被拉高后延遲兩個clk后拉高，再延遲一個clk拉低，即assgin read_en=time_int_delay[0]|(time_int_delay[1])。這樣做的目的是控制在當(dāng)前clk的上升沿到來時取出FIFO中當(dāng)前地址的值，然后在下一個clk的上升沿立即計算出下一次取值的地址，這樣就能保證在每一次取值之前其所在的位置已經(jīng)計算完成，避免了取值出錯的情況。

3) 最后定義如何產(chǎn)生time_int信號。time_int產(chǎn)生的條件是：當(dāng)fifo_time中存儲的時間信息等于framc時，time_int被拉高，即被使能，if(fifo_time==framc)time_int<=1′bl；

FIFO讀寫操作的仿真結(jié)果如圖3所示，對FIFO的讀／寫操作分別由we_i和rd_i(fifo_read_en)控制，而計算讀FIFO的地址由read_en控制，這樣就能保證在每次取FIFO值之前其所在地址已經(jīng)被計算完成。

 

競爭發(fā)送模塊

芯片在空閑情況下，可能會有空閑狀態(tài)的射頻控制信息(idle_data)需要發(fā)送，當(dāng)芯片喚醒后則應(yīng)優(yōu)先發(fā)送該信息。但當(dāng)芯片喚醒后產(chǎn)生的射頻控制信息fifo_data與idle_data在同一時刻發(fā)送時，就會出現(xiàn)競爭發(fā)送的情況。因此，在設(shè)計該模塊時限定當(dāng)idle_en(空閑使能信號)與pllon(pll時鐘使能信號)同時拉高時，發(fā)送idle_data中的相應(yīng)比特來取代fifo_data中的相應(yīng)比特，如圖4所示。

transfer idle_data and fifo_data：

module idle_time(fifo_data，pllon，idle_en，idle_data，rfctrl_o)；

1) 定義該模塊的信號線：輸入信號為fifo_data[11：0](FIFO中存儲的射頻控制信息)、idle_data(空閑時需發(fā)送的射頻控制信息)、idle_en、pllon；輸出信號為rfctrl_o(最后輸出的射頻控制信息)。

2) 下面對需發(fā)送的控制信息進(jìn)行邏輯組合。其敏感電平是pllon、fjfo_data、idle_data和idle_en，即當(dāng)上述電平中任意一個發(fā)生變化時，就執(zhí)行下面的語句：

 

競爭發(fā)送的仿真結(jié)果如圖5所示：在pllon沒有被拉高的情況下，rfctrl_o發(fā)送的就是fifo_data的值，只有當(dāng)pllon被拉高的條件下才會有競爭發(fā)送的情況。

 

數(shù)據(jù)采樣時鐘分頻模塊

為了數(shù)據(jù)發(fā)送同步，射頻定時發(fā)送器輸出數(shù)據(jù)的頻率應(yīng)與外接模塊保持一致，射頻定時發(fā)送器采樣發(fā)送數(shù)據(jù)的時鐘是系統(tǒng)時鐘的分頻時鐘。因此，產(chǎn)生分頻時鐘和采樣使能信號是該模塊設(shè)計的關(guān)鍵所在，并要求每次對發(fā)送數(shù)據(jù)的采樣都應(yīng)發(fā)生在分頻時鐘的上升沿。

generator ad_clk and sendad_sdatao：

module drv_clk(rst_，clk，frq_drv，ad_sclk,spi_en,rfctrl_data,ad_datao)；

1) 定義該模塊的信號線：輸入信號為tst_、clk、frq_drv(分頻系數(shù))、rfctrl_data(射頻控制信息)；輸出信號為ad_sclk(分頻時鐘)、ad_sdatao(發(fā)送數(shù)據(jù))。

2) 以clk為基準(zhǔn)時鐘，定義一個reg[3：0]count計數(shù)器對clk的上升沿進(jìn)行計數(shù)。當(dāng)count=frq_drv-1時，ad_sclk進(jìn)行反轉(zhuǎn)并對count清零，這樣就產(chǎn)生了分頻時鐘。

3) 該模塊設(shè)計要求每次對發(fā)送數(shù)據(jù)的采樣都應(yīng)發(fā)生在分頻時鐘的上升沿。但為了避免產(chǎn)生異步，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣時不能以產(chǎn)生的ad_sclk為標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)仍以clk為基準(zhǔn)時鐘。即在每8個clk時鐘的上升沿發(fā)送1位的rfctrl_data，并由高位到低位發(fā)送，這樣采樣時就不會出現(xiàn)毛刺，能做到較好的同步。

 

這種方式能確保在每一個ad_sclk的上升沿對發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，避免了產(chǎn)生毛刺。

burst發(fā)送模式設(shè)計

為了使發(fā)送功率更加穩(wěn)定，射頻定時發(fā)送器中設(shè)計了一種burst模式，即把一次性需要發(fā)送的功率分為幾步發(fā)送出去，并規(guī)定了每步發(fā)送的功率值=step_value*para(每步值