HSP3824扩频通信芯片的功能及应用

    摘要：介绍了直接序列扩频基带处理器HSP3824的功能、结构及其应用，指出了在应用中需注意的关键问题，并给出了利用HSP3824实现扩频通信的应用实例，包括其控制部分、I/O接口、存储、调制解调等模块。实验表明该系统有较好的抗干扰性能，能实现可靠的通信。

    关键词：扩频通信 伪随机码 直接序列

随着通信技术的快速发展，各种表业务的层出不穷，无线通信以其方便、灵活、易于组网等特点获得了广泛的应用、其中特点是扩频通信技术由于其抗干扰、抗多径的突出优点，获得了各方的青睐，无线扩频产品的开发研制已成为国内外通信界的一个热点。同时扩频难技术也已经超出了无线通信的领域，在一引起“有线”的领域内得到了充分应用，如电力线通信系统等。

HARRIS公司的HSP3824直接序列扩频基带处理器是其24GHz天线芯片组的一部分，它包含了全双工或半双工收发机的所有功能。该芯片的最突出特点是灵活，其数据率、扩频比、调制方式以及PN码等都可以根据需要而动态调整，也可以通过设备HSP3824内容寄存器来实现大量的应用，为设计提供了较大的灵活性。实践证明该芯片可靠易用，是开发扩频通信产品的良好选择。

1 HSP3824主要功能和特点

HSP3824是HARRIS公司开发的用于直接序列扩频通信的基带处理器。其基本功能是将接收到的基带数据扰码、调制、直接序列扩频输出至中频调制。或反之，将中频解调后的信号经A/D变换、解扩、解调、解扰后得到基带数据并输出。

它的主要特点如下[1]：

·完全的直接序列扩频基带处理器（DSSS基带处理器）；

·处理增益最高12dB;

·可编程PN码11、13、15、16位可选；

·可编程数据率，最高达4Mbps；

·适合于PCMCIA板应用的TQFP封装；

·调制方式BPSK、DQPSK可选；

·支持半双工、全双工操作；

·内置A/D转换器；

·低功耗，某些模块在不工作时可置为SLEEP状态。

HSP3824内置57个寄存器，这些寄存器的值决定了它的工作状态，外部控制器械可对这引起寄存器进行读写。通过正确配置寄存器，可实现HSP3824的种功能，且可以动态调整。

除了基本的发送、接受模块之外，HSP3824还包括8位的测试总线，用于测试芯片的内部信号 ，实时反映芯片的工作情况；输入信号强度检测和信道空检测（CCA）可避免数据阻塞，优化网络传输；还可以由外部控制端口设置为各种功耗模式。

2 HSP3824内部结构及使用要点

2.1 内部结构及外部接口

HSP3824可大体上分为三部分：控制、发送及接收。相应地对外分别提供三个数字端口与控制器相连，即控制端口（CONTROL_PORT）、发送端口（TX_PORT）及接收端口（RX_PORT），且这三个端口可分别独立工作或同时工作。此外，还具有一个测试端口（TEST_PORT），供外部控制器监控HSP3824的工作状态。

HSP3824的内内结构简图如图1所示。

IIN：接收到的I路模拟信号；

QIN：接收到的Q路模拟信号；

RSSI：接收信号强度检测（模拟信号）；

IOUT：I路输出扩频基带数字信号；

QOUT：Q路输出扩频基带数字信号；

HSP3824外部端口如图2所示。除四个数字端口外，还有模拟输入（ANALOG INPUTS）、A/D参考电压（A/D REFERENCE）及省电模式控制信号（POWER DOEN SIGNALS）等接口。需要强调的是每个数字端口都有其严格的时序关系，只有在满足时序的条件HSP3824才能正常工作。其中尤其是控制端口，是设置并保证HSP3824良好工作状态的关键。

2.2 控制端口时序图

为确保HSP3824按照设计者的要求正确工作，关键的一点是实现HSP3824内部控制寄存器的正确读写。这些内部寄存器包括发送/接收PN码长度寄存器，发送/接收PN码字寄存器，调制/解调方式寄存器等57个，存储了HSP3824正常工作所需的全部参数及一些内部状态。因此在每重新上电时，都必须首先由外部控制器通过HSP3824的控制端口实现这些寄存器的正确配置，之后才能正常工作。在正常工作时，也可通过该控制端口读出内部寄存器的值。供控制器分兵、监控系统运行状态，还可以在需要时通过改变寄存器的配置来调整HSP3824的工作方式。

要实现仙部寄存器正确读写，必须满足HSP3824控制端口要求的时序关系。其时充分为读写两种，分别如图3及图4所示。

其中，各数据线的含义及作用如下：

SCLK：数据时钟，HSP3824的它的上升沿采样或送出数据，由它决定了读写操作的速率。需要引起注意的SCLK应提前SD几个周期就准备好，且SCLK的速率不能大于1/2倍的系统主时钟MCLK。

SD：串行输入/输出的数据，包括寄存器的地址和值。在每次读/写一个寄存器时，SD的前8位都应该是地址，后8位为数据，且均是低位在前。

AS：区分数据线SD上送的信号是寄存器的地址还是数值，AS=1表示SD为地址，AS=0，表示SD为数值。

R/W：表示对于HSP3824而言，控制端口进行的是读还是写操作，RS=0为写操作，RS=1为读操作。

CS为使能信号，只有在CS=0时控制端口才能进行读写。

2.3 应注意的关键问题及其解决

HSP3824内部寄存器的读写除要求满足以上条件外，还必须满足如图5所示的HSP3824主时钟MCLK和数据时钟SCLK之间的时序关系[2]。

从图中可以看出此条件要求很高，特别是因为SCLK是由外部控制器给出，而MCLK是由一个晶振送给HSP3824的工作时钟，两者之间没有任何逻辑上的关系。因此必须采取一些额外的措施来解决此问题。

在硬件上，可增加如图6所示的电路。其中DCLK由外部控制器提供，CLK由晶振提供。利用CLK的反相信号CLK的上升沿（即MCLK的下降沿）触发DCLK，输出SCLK。同时CLK再经过一级反相器，得到MCLK。图中的D触发器和反相器都需要选择快速的74F系列。这样得到的MCLK和SCLK才能满足图5所示的条件。同时，可以在软件上采取些措施，如每写一个寄存器之后马上读该寄存器，并与预期值比较，若不符则重新写入，否则继续下一个寄存器的读写。通过以上两方面的措施，可确保寄存器的正确配置。

HSP3824的工作速度由MCLK决定，这个工作速度可以很高（高达44MHz）。因此，在确定的工作速度下，必须要求MCLK无抖动，特别是无毛刺，否则HSP3824会产生误动，致使工作状态不正常。可通过在MCLK送入HSP3824之前串接一个小电阻，对地并接一个小电容来防止毛刺的干扰。

3 利用SHP3824实现扩频通信的应用举例

在HARRIS公司研制的24GHz天线芯片组中包括与HSP3824配套使用的中频调制解调器、频率综合器、上下变频器及双工器等芯片。但其价格昂贵，不适用于现有的工程项目。故笔者仅利用了HSP3824芯片，自行设计了其它相关电路，实现扩频通信模块。其中利用单片机89C52作为控制器，控制整个系统工作状态及实现基带数据处理；利用EPROM及D/A变换器构成直接数字频率综合器（DDS），实现中频调制解调；其它外围电路包括地址锁存器、静态RAM、EEPROM及其它辅助电路。系统框图如图7所示。