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數位通訊系統接收電路的中頻濾波電路設計
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在數位通訊接收電路的設計中，優良的頻濾波電路可以實現好的頻率選擇性和靈敏度，並盡可能減少訊號失真和干擾。本文以實際的電路設計介紹了數位通訊系統接收電路的設計方法，並對電路性能進行了測試和分析。
數位通訊接收電路的中頻濾波電路設計關鍵是選擇中頻，以及設計濾波電路獲得好的選擇性和高的靈敏度，並盡可能減少訊號失真和干擾。現有的中頻濾波器有晶體濾波器、陶瓷濾波器和等。晶體濾波器以分離元件接取附加電路，需進行調整，很不方便；陶瓷濾波器的重量和中心頻率難以滿足我們的設計需求。因此我們選擇了表面聲波濾波器(SAW Filter)，這種濾波器體積小、重量輕、中心頻率可做得很高，而且具有相對頻寬較寬、理想的矩形選頻特性和頻率響應平坦(不平坦度僅為±0.3～±0.5dB，群時延±30～±50ns)等特點，雖然插入損耗高達25～30dB，但可以用放大器補償電平損失。
中頻濾波IPF實現方法
本計畫中從混頻出來的中頻訊號為336MHz的固定頻率訊號，為了衰減濾除無用的頻率和干擾，選出有用的頻率分量，混頻後需加一個中頻濾波器。本設計中的中頻濾波用一片SAW就可以解決。下面給出的簡單的原理介紹和具體設計分析。
整個的等效電路如下圖1所示，左邊為發送換能器，G中消耗的功率相當於轉換為聲能的功率。右邊為接收換能器，GL為負載電導，GL中消耗的功率相當於再轉換為電能的功率。
電阻R(1/G)為輻射電阻，其值為
式中，k2是有效耦合係數，是壓電底板電場和聲場之間耦合強度的定值，N為換能器的週期段；C為換能器的極間總電容器C=NCt，其中Ct是每對叉指的極間電容器，可表示為
式中，ε0為自由空間的界電係數，εr為底板材料的界電係數，L為叉指孔徑。L的值可在一定的限度內變動。
換能器的等效品質因子：
頻帶的相對頻寬應等於：
顯然，當兩個頻寬相等時才能得到最大頻寬。由此可求得N的最加值為
這時最大相對頻寬
插入損耗和電路設計
濾波器的插入損耗主要由終端接上負載後產生，故接取電路後要考慮與周邊電路匹配。根據系統的設計要求，採用的表面聲波濾波器的晶片為 MPMLB4835，其中心頻率為336MHz，如電路2所示。
混頻後的中頻訊號從中頻接收模組的第20、21腳輸出，經耦合電容器C4和C5送到濾波電路中。濾波後的訊號從表面聲波濾波器的第7、8腳輸出，經耦合濾波後再送到接收模組進行中頻放大，在本設計中接收模組選用PMB來實現。該晶片的特點是功耗低、電子噪音小、整合度高，內部不僅整合了兩次混頻電路，還整合了高頻放大電路以及中頻放大電路，使整體電路的設計更為簡潔。
電路參數設計
圖中C1和C2作為耦合電容器，可取0.01uF，同樣C4和C5也是耦合電容器。L1和C3組成的濾波器周邊電路用來消除元件內部產生的噪音，L1濾除大於336MHz的頻率干擾。
將其幅度歸一化，若EPCOS MPMLB4835第7腳的幅度為1，則在C2和C3之間最大頻率fmax=336MHz+3kHz，以及最小頻率fmin=935MHz-3kHz的幅度應為0.707，根據幅頻特性，即
經運算L1可取0.2uH，C3作為平衡訊號，可取0.5pF。　
測試分析與結論
對濾波電路在實際應用環境中進行測試。測試利用毫伏表、穩壓電源、高頻示波器，測試環境溫度為26℃、大氣壓為750±30mmHg、相對濕度<90%。
手機電路的正常的供電電壓是3.6v，當電池的供電電壓低於3.3v時，手機就不能工作了，即3.3V是手機工作的臨界電壓。當電池的電壓降低時，各訊號的電壓有所下降。電壓的降低，會對接收系統的性能有嚴重影響，這主要是因為頻率合成器如不能達到正常的工作電壓範圍，就不能提供穩定頻率的本振訊號，混頻後的中頻將不是固定值，使噪音干擾加大，接收到的語音訊號有較大的噪音。
當手機電路的工作在臨界電壓時，第一混頻前的高頻載波訊號放大後的幅值在1.0±20%的邊界，第一本振訊號的幅值在1.2V±30%的邊界，混頻後的中頻訊號的幅值在0.9V±15%的邊界，中頻濾波後訊號的幅值在0.9V±25%的邊界，第二本振的幅值中頻濾波後的訊號的幅值在1.7V±15%的邊界，其結果與設計要求基本吻合。
實驗測試結果發現，當工作電壓在3.3~3.6V範圍時，第一混頻前的高頻載波訊號放大後的幅值、第一本振訊號的幅值、混頻後的中頻訊號的幅值、中頻濾波後的訊號的幅值、中頻濾波後的訊號的幅值，以及中頻濾波後的訊號的幅值均能滿足設計要求。
作者：馬學文
桂林產業學院
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於我們合作.sdram_clk(),
// SDRAM Clock // To do!! SDRAM Clock output
.sdram_clk(sdram_clk), // SDRAM Clock
// To do!! assign sdram clk to oDRAM0_CLK
assign oDRAM0_CLK
// SDRAM0 Clock
// To do!! assign sdram clk to oDRAM1_CLK
assign oDRAM1_CLK
// SDRAM1 Clock&
因為DE2-70有2顆SDRAM，所以要assign兩次clk。
.zs_dq_to_and_from_the_sdram(),
// SDRAM Data bus 32 Bits // To do!! SDRAM Data bus output
.zs_dq_to_and_from_the_sdram(DRAM_DQ), // SDRAM Data bus 32 Bits
因為DRAM_DQ是inout型態，不能使用wire連接，要直接連到inout port。
要如何知道SOPC System有哪些port呢?
開啟nios_ii.v，這是由SOPC Builder所產生的Verilog code，搜尋『module nios_ii (』，可以找到SOPC System的module定義，top module就是根據這裡的定義，連到DE2-70的I/O port。
Step 31：設定Reserved all unused pins As input tri-stated
Assignment -& Device
Device and Pin Options...
Unused Pins : Reserve all unused pins: As input tri-stated
這個步驟一定要做，否則Nios II無法執行，會出現以下錯誤訊息，初學者常常忽略這個步驟!!
Step 32：Import Pin Assignment
下載，其中的DE2_70_pin_assignments.csv記錄了DE2-70所有 I/O的連接腳位。
Assignments -& Import Assignments...
載入DE2_70_pin_assignments.csv，按OK繼續。
查看Pin Assignment結果
Assignments -& Assignment Editor
如下圖，表示Pin Assignment設定成功。
這個步驟也一定要做，否則Nios II無法執行，也會出現以下錯誤訊息，初學者常常忽略這個步驟!!
Step 33：設定nCEO為Use as regular I/O
Assignments –& Device
Device and Pin Options...
Dual-Purpose Pins
將nCEO改成Use as regular I/O
這是DE2-70設計上的問題，在DE2或其他的Altera的開發版並不需要如此設定。若不這樣設定，Quartus II在編譯時會出現以下錯誤訊息而編譯失敗。
Step 34：Quartus II編譯
需要2到10分鐘的時間，視CPU速度而定。
Programmer部分使用Programmer將編譯的的*.sof燒進FPGA
Step 35：啟動Programmer
按Hardware Setup，設定USB-Blaster。
選擇可用的USB-Blaster
按Start開始將*.sof燒進FPGA，當100%出現時，表示燒錄成功。
至目前為止，硬體部分結束，接下來是軟體部分。
Nios II EDS部分使用Nios II EDS開發Nios II軟體
Step 36：使用Hello Wrold測試硬體是否設計成功
Quartus II能正常編譯，不代表硬體設計成功，SOPC Builder各controller的參數設定錯誤、clk設定錯誤、top module連線錯誤、Quartus II設定錯誤...等，都可能造成Nios II無法執行，所以先用最簡單的Hello World測試硬體，若連Hello World都不能執行，軟體部分就不用繼續了，先回頭找硬體部分的bug。
右側選擇Hello World template，並指定SOPC Builder System PFT File：c:\DE2-70\hello_ucosii\nios_ii.ptf，這是先前SOPC Builder所generate的ptf檔。最後直接按Finish完成。
Nios II EDS會根據你選的project template與SOPC Builder System File產生2個project：1.hello_world_0：Nios II Software project。2.hello_world_0_syslib：Nios II System Library project。(System Library = HAL(Hardware Abstraction Layer) = BSP(Board Support Package) = Driver)
選hello_world_0，按滑鼠右鍵，選System Library Properties
將System clock timer選sys_clk_timer，另外將軟體全部跑在SDRAM，當然也可以跑在其他記憶體，只是因為SDRAM容量最大，而且SDRAM的clk需要phase shift，所以最常出現問題都是在SDRAM，所以在此特別使用SDRAM，至於其他記憶體可自行測試。
Rus As Nios II Hardware，此實Nios II軟體會透過JTAG UART傳到SDRAM開始執行。
若第一次執行，Nios II EDS會編譯整個System Library，需要一點時間，約2到3分鐘。
最後執行結果，Nios II由JTAG UART傳回Hello from Nios II到PC的Console。
若能正確執行Hello World，表示SOPC硬體正確，可以繼續軟體的開發。
Step 37測試Hello μC/OS-II
目前為止，single thread的軟體程式已經能跑在Nios II上，若要讓Nios II能跑multi thread，就必須靠OS才行，Nios II EDS已經已經巧妙的將μC/OS-II包在System Library裡面。
Step 38：開發一個多執行緒且控制硬體的程式
能成功執行Hello Wrold與Hello μC/OS-II，表示軟硬體都已經設定妥當，可以正式用C寫程式了。
再用Hello μC/OS-II template建立一個project。
將hello_ucosii.c改成如以下的程式
hello_ucosii.c / C&
1 #include &stdio.h& 2 #include "includes.h" 3 #include "system.h"
4 #include &io.h&
6 &/* Definition of Task Stacks */ 7 &#define
TASK_STACKSIZE
2048 8 OS_STK
task1_stk[TASK_STACKSIZE]; 9 OS_STK
task2_stk[TASK_STACKSIZE]; <span style="color: # <span style="color: # &/* Definition of Task Priorities */ <span style="color: # <span style="color: # &#define TASK1_PRIORITY
1<span style="color: # &#define TASK2_PRIORITY
2 <span style="color: # <span style="color: # &/* Prints "Hello World" and sleeps for three seconds */<span style="color: # void task1(void* pdata)<span style="color: # {<span style="color: #
while (<span style="color: #)<span style="color: #
{ <span style="color: #
printf("Hello uCOS-II\n");<span style="color: #
OSTimeDlyHMSM(<span style="color: #, <span style="color: #, <span style="color: #, <span style="color: #);<span style="color: #
}<span style="color: # }<span style="color: # &/* Prints "Hello World" and sleeps for three seconds */<span style="color: # void task2(void* pdata)<span style="color: # {<span style="color: #
unsigned int<span style="color: #
while (<span style="color: #)<span style="color: #
{ <span style="color: #
// read switch<span style="color: # &
i = IORD(PIO_SW_BASE, <span style="color: #);
<span style="color: #
// write ledr<span style="color: # &
IOWR(PIO_LEDR_BASE, <span style="color: #, i);<span style="color: #
}<span style="color: # }<span style="color: # &/* The main function creates two task and starts multi-tasking */<span style="color: # &int main(void)<span style="color: # {<span style="color: #
OSTaskCreateExt(task1,<span style="color: #
NULL,<span style="color: #
(void *)&task1_stk[TASK_STACKSIZE-<span style="color: #],<span style="color: #
TASK1_PRIORITY,<span style="color: #
TASK1_PRIORITY,<span style="color: #
task1_stk,<span style="color: #
TASK_STACKSIZE,<span style="color: #
NULL,<span style="color: #
<span style="color: #);<span style="color: #
OSTaskCreateExt(task2,<span style="color: #
NULL,<span style="color: #
(void *)&task2_stk[TASK_STACKSIZE-<span style="color: #],<span style="color: #
TASK2_PRIORITY,<span style="color: #
TASK2_PRIORITY,<span style="color: #
task2_stk,<span style="color: #
TASK_STACKSIZE,<span style="color: #
NULL,<span style="color: #
<span style="color: #);<span style="color: #
OSStart();<span style="color: #
return <span style="color: #;<span style="color: # }<span style="color: # <span style="color: # &
#include "system.h" #include &io.h&
system.h記載著SOPC Builder裡各controller的資訊，稍後會討論。io.h定義了IORD()與IOWR()兩個巨集，可以利用此巨集存取各controller的register。
void task1(void* pdata){
while (<span style="color: #)
printf("Hello uCOS-II\n");
OSTimeDlyHMSM(<span style="color: #, <span style="color: #, <span style="color: #, <span style="color: #);
}} void task2(void* pdata){
unsigned int
while (<span style="color: #)
// read switch
i = IORD(PIO_SW_BASE, <span style="color: #);
// write ledr
IOWR(PIO_LEDR_BASE, <span style="color: #, i);
i = IORD(PIO_SW_BASE, 0); // 讀取SW目前的值。IOWR(PIO_LEDR_BASE, 0, i);& // 將SW的值馬上給LEDR顯示。
也就是說，若SW為ON時，LEDR會亮，若SW為OFF時，LEDR就不亮。
我們是怎麼做到的呢?
我們透過IORD()巨集，去讀取pio_sw controller目前register的值，然後透過IOWR()巨集，將值寫入pio_ledr controller的register，讓LEDR顯示。
問題來了!!我們怎麼知道pio_sw與pio_ledr在哪裡?
之前#include &system.h&，我們來看看system.h的內容
開啟C:\DE2-70\hello_ucosii\software\hello_ucosii_1_syslib\Debug\system_description\system.h
#define PIO_SW_NAME "/dev/pio_sw"#define PIO_SW_TYPE "altera_avalon_pio"#define PIO_SW_BASE 0x#define PIO_SW_SPAN 16#define PIO_SW_DO_TEST_BENCH_WIRING 0#define PIO_SW_DRIVEN_SIM_VALUE 0#define PIO_SW_HAS_TRI 0#define PIO_SW_HAS_OUT 0#define PIO_SW_HAS_IN 1#define PIO_SW_CAPTURE 0#define PIO_SW_DATA_WIDTH 18#define PIO_SW_RESET_VALUE 0#define PIO_SW_EDGE_TYPE "NONE"#define PIO_SW_IRQ_TYPE "NONE"#define PIO_SW_BIT_CLEARING_EDGE_REGISTER 0#define PIO_SW_FREQ #define ALT_MODULE_CLASS_pio_sw altera_avalon_pio
#define PIO_SW_BASE 0x 定義了SOPC Builder為pio_sw所規劃的位址，而system.h也是Nios II EDS根據nios_ii.ptf所產生的。
#define PIO_LEDR_NAME "/dev/pio_ledr"#define PIO_LEDR_TYPE "altera_avalon_pio"#define PIO_LEDR_BASE 0x#define PIO_LEDR_SPAN 16#define PIO_LEDR_DO_TEST_BENCH_WIRING 0#define PIO_LEDR_DRIVEN_SIM_VALUE 0#define PIO_LEDR_HAS_TRI 0#define PIO_LEDR_HAS_OUT 1#define PIO_LEDR_HAS_IN 0#define PIO_LEDR_CAPTURE 0#define PIO_LEDR_DATA_WIDTH 18#define PIO_LEDR_RESET_VALUE 0#define PIO_LEDR_EDGE_TYPE "NONE"#define PIO_LEDR_IRQ_TYPE "NONE"#define PIO_LEDR_BIT_CLEARING_EDGE_REGISTER 0#define PIO_LEDR_FREQ #define ALT_MODULE_CLASS_pio_ledr altera_avalon_pio
#define PIO_LEDR_BASE 0x 定義了SOPC Builder為pio_ledr所規劃的位址。
設定標準輸出為LCD
透過μC/OS-II，一個thread在LCD顯示，另一個thread控制SW與LEDR。
完整程式碼下載 (一個未完成的半成品，可以根著本文一步一步完成) (最後完整的結果)
Question(這是我當時給學生的homework，各位有興趣可以自己自做做看)
1.為什麼只有SDRAM的clock需要phase shift -65度?為什其他的硬體的clk都不需要phase shift?
2.可以使用pointer，而不使用IORD()與IOWR()嗎?解釋你的理由?
#define SW (unsigned int *)SW_BASE#define LEDR (unsigned int *)LEDR_BASEvoid task2(void* pdata) {
while (<span style="color: #)
*LEDR = *SW;
3. 試著將Hello World執行在On-Chip Memory，並解釋你所使用的方法。
Conclusion對一個初學者來說，要讓Nios II能順利的在DE2-70跑起來，需要面臨很陡峭的學習曲線，因為其中有不少小trick很容易忽略而失敗。Nios II就只是這樣嗎?這只是Nios II的起手式，本系列共用4個Lab，此為第1個，第2個Lab以七段顯示器為範例，示範如何寫Slave IP，第3個Lab為Terasic的DE2_70_SD_Card_Audio_Player範例，除了實際體會HW/SW Co-Design外，將學習如何讀取SD卡，第4個Lab將實作一個數位像框，示範如何寫一個Master IP，並可直接從Flash啟動。｜｜｜｜｜｜
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