引言 

數字下變頻技術是軟件無線電的一項核心技術，其性能的好壞直接影響數字接收機的精度。數字下變頻器的作用在于對A/D之后的數字信號進行頻譜搬移，并與頻譜翻轉、抽取、濾波等信號處理相結合，達到下變頻及分離頻譜成分的目的，因此，在實際應用中，選擇一種合適的數字下變頻器是必不可少的。 
GC1012B是GrayChip（TI子公司）推出的單通道帶寬中頻數字下變頻器，是一種全數字化的調協器，具有高度的可編程性。采用高速的CMOS工藝技術，最大輸入帶寬可達50MHz，帶內任何信號都可以直接下變頻到零中頻。 

本文從GC1012B的結構特點和內部功能框圖出發，分析其工作原理，并介紹GC1012B幾個主要寄存器的配置方法，從而實現對頻率、濾波模式、增益大小等參數的設置，最后給出了一個具體配置實例作為參考。

1 GC1012B的結構特點 

GC1012B具有靈活的可編程性，可通過8位數據端口、4位地址端口、讀寫線和1位片選控制線組成的微處理器控制接口來與外處理器（CPLD、FPGA或者DSP）通信，同時通過外處理器對芯片進行配置、控制、監視等操作。另外，GC1012B還自帶一個片上診斷電路，可用于簡化系統的調試和維護。 

GC1012B的主要特點有：100MSPS（106個采樣點每秒）輸入速率；0.1Hz調協分辨率；動態范圍大于75dB；輸出帶寬可編程；可12位輸入，10、12、14或16位輸出；采用復數或實數輸出格式；帶有內建的選通/同步發生器；步長為0.03dB增益調節；可用微處理器接口控制輸出和診斷；時鐘丟失時，可自動關閉電源模式；內含片上診斷電路；工作在60MHz、3.3V時，功耗為850mW，采用120引腳PQFP封裝。 

2 GC1012B配置方法 

GC1012B采用120引腳QFP封裝，3.3V電源供電，其內部結構和工作原理框圖如圖1所示，從圖中可以看出，GC1012B主要由控制接口電路、數字振蕩器、混頻器、可編程低通濾波器、增益調節電路、輸出格式化電路和診斷電路等組成。

控制接口電路是GC1012B與外處理器通信的部分，可以通過讀寫上面的引腳來控制GC1012B的16個8位控制寄存器，從而實現4個功能：使外處理器配置芯片；外處理器捕獲、讀取芯片的采樣輸出；使外處理器實現芯片診斷；產生內部同步選通信號。下面詳細介紹幾個主要的控制寄存器的配置方法，這些控制寄存器通過與控制總線連接的引腳（CS，WE，RE，A[0..3]和C[0..7]進行訪問。表1是它們的地址和名稱。 

2.1 濾波模式寄存器 

控制寄存器5即濾波模塊寄存器，主要控制濾波輸出、輸出信號頻譜的格式以及診斷電路的輸入模式，其功能見表2。 

圖2給出了輸出譜受到實/復轉換、平移、翻轉等控制位影響的例子。 

2.2 頻率寄存器 

頻率寄存器與頻率累加器和一個SIN－COS信號發生器構成數字振蕩器部分。控制寄存器0－3組成了頻率寄存器，它有28個可讀寫位（寄存器3的后4位不用），外處理器通過將28位的頻率字FREQ裝載到這3個頻率寄存器中，從而設置中心頻率，頻率字的算法可由下式確定： 

式中：W為頻率字；F為需要產生的頻率；rc為時鐘速率。 

當頻率字W在累加器中累加后，可由累加的高13位產生精度為12位的正、余弦信號，以將信號混頻到零中頻。 

2.3 增益控制寄存器 

控制寄存器6和7組成了增益控制寄存器，通過下式可設定輸出增益：
 
式中：G為增益；S[0－3]為寄存器7的0－3位；B與DEC的對應關系（表2中已經列出）。 

3 GC1012B在一種應用中的配置及優點 

由于GC1012B是中頻寬帶全數字下變頻器。同時具有高度的可編程性，因此特別適用于系統中的下變頻應用部分，利用它對帶寬數字中頻信號直接進行下變頻。筆者在設計一個雷達信號處理系統中就需要對GC1012B進行配置。其系統中完成的具體功能是：將輸入的40MHz數據率的采樣信號轉換成5MHz數據率的正交數字基帶信號。GC1012B系統時鐘為40MHz，由于模擬中頻信號為30MHz，NCO（數字控制振蕩器）頻率也調諧在30MHz。GC1012B的各種參數通過控制口寫入。具體參數配置見DDC配置字（只配置以上介紹的4個控制寄存器），描述每個配置字的功能。 

DDC配置字：0x00，0x00，0x00，0x0c，0x24，0x08，0x05 register0--register3：Sample Rate：40MHz，DCO Frequency：30MHz register5：diag＝0，flip＝0，offset＝1，real＝0，dec[2：0]＝100（4dec） register6：f[7：0]＝00001000 register7：s[3：0]＝101（5dec），B＝3（dec），gain＝（2＾（5－3））×（1＋8/256）＝4 

與傳統的模擬電路相比，采用GC1012B的電路系統具有以下優點： 

a）高度數字化。GC1012B可以實現完全的正交雙通道解調，同時，系統可對中頻數字信號直接進行正交解調變換和分析，從而避免傳統模擬電路在正交解調時的不足。 

b）高度靈活性。GC1012B具有高度可編程性，可以使設計者很容易通過DSP編程下變頻器、改變帶寬等，使系統靈活應用在各種帶寬分析系統中。 
此外，GC1012B還具有協調精度高，電路設計簡單等特點，在通信、雷達、軟件無線電等許多領域都有廣泛的應用。