TI GC6016配置与应用分析

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1、概述
         
        GC6016是TI针对数字直放站应用而推出的一款数字中频处理芯片。与其同时推出的类似芯片还有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. 其处理能力达到48个上下行通道，最大支持4个发射天线或者8个接收天线，支持灵活的小数倍率重采样配置，支持多模配置。能够很好的应用于各种3GPP，3GPP2以及 MC-GSM等无线标准。
       
        GC5330的应用结构如下图所示。图中可以看到，GC5330需要DSP配合才能实现完整功能。事实上，DSP不但完成DPD的算法处理，还完成芯片加载与配置功能。这些功能均通过DSP向主控CPU提供的API函数实现。
       
       
        图1. GC5330应用结构图
         
       
        GC6016的应用架构如下图所示。从图中可以看出，GC6016无需外挂DSP，其不能支持DPD。CPU通过EMIF或者 SPI直接访问GC6016芯片。因此其所有配置与控制都需要在 CPU直接实现。因此配置流程以及芯片控制都需要用户编程实现。
         
       
       
        图2. GC6016应用架构图
         
        2、GC6016功能介绍
        GC6016支持目前主流的基站收发信机标准，包括：3GPP(LTE、WCDMA、TDSCDMA)、
        3GPP2（CDMA2000）、MC-GSM、wimax 以及WiBRO(OFDMA)。
        GC6016支持混模，典型混模型态比如 LTE+WCDMA，LTE+TDSCDMA。
        GC6016支持最大48个载波处理，支持小数倍抽取、插值；
        芯片最大速率支持368M；
        支持最大4路发射天线，8路接收天线；
        支持接收FeAGC，BeAGC；
        支持数据采集；
        外部接口支持SPI（3or4wire）或者EMIF；
        支持各节点增益调整，功率统计；
        支持收发均衡；
        与基带FPGA、AD及DA之间支持多种速率和格式接口；
        23x23mm，484-ball TE-PBGA封装；
        GC6016的功能框图如下所示。
       
       
        图3. GC6016功能框图
        3、GC6016的上电配置流程
        GC5330/6016的配置文件是扩展名为tgtcfg的文本文件，包含了GC运行以及业务支撑的全部信息。由于该芯片支持多种通讯标准，并且可以按照客户需要灵活配置，因此针对不同的系统需求，该tgtcfg文件不同。该文件由TI根据客户需求产生并提供给客户。
       
        系统上电之后，应该首先配置好单板，包括 CPU自身、电源、FPGA、时钟、AD以及 DA等芯片（需要说明的是，一般需要等到系统全部配置完成之后才会打开发射同道）。
       
        然后下载GC配置文件。配置文件一般会有超过 60000次的寄存器写操作。如果使用 50M速率EMIF接口，耗时大概在几十毫秒；如果采用 SPI接口，则耗时会增大，这一点系统设计时需要考虑。
       
        配置下载完成之后，进入等待PLL锁定状态。在该状态下需要判断寄存器0是否为1，为 1表示复位成功。必须该状态有效才可启动下一步操作。
       
        GC初始化状态完成芯片使能。需要说明的是，GC的初始化需要用到外部的同步信号 syncA，该信号一般由FPGA提供，用于使能芯片配置寄存器，该syncA信号也用于数据采集或者对芯片在线配置的使能。关于芯片初始化，TI提供相应的样例供参考。典型情况下syncA信号的周期是5ms或者10ms，脉宽是8个BB时钟周期，该信号在时序上需要和 BB_frame信号上升沿对齐。
       
       
        图 4. GC6016初始化流程图
        4、GC6016的增益调整
       
        GC6016提供各个节点的增益调节功能。
        下行通道可调整增益的节点如下图。对于发射通道，大部分情况下，调整BB gain，sum gain, pre-CFR以及 post-CFR 4个节点就可满足客户需求。对于其他节点，如非必要，不建议调整。
         
       
        各模块的增益调节范围及精度如下表所示。其中，BB_gain节点需要通过读写AI寄存器修改并同步，pre-CFR及 post-CFR节点修改后需要同步。
       
       
        另外请注意，除了BBgain，pre_cfr_gain和post_cfr_gain可以精确调整增益外，其他几个节点只支持 6dB步进调整。R2C为实数到复数的转换，如果使能该模块，则固定增益为-3dB。feAGC也可配置为固定增益模式，其增益精度和范围由增益表以及配置确定。对于 PFIR，也可以通过修改系数调整增益。
       
        Table 1. 表 1. GC6016内部增益
        5、GC6016 capture buffer配置
        GC6016支持各节点的数据采集。该功能可用于问题定位、GC6016监控以及接收ADC同道的性能分析。数据采集功能的配置流程如下。需要说明的是，CB读出来的数据一般是IQ交织的格式（某些特殊情况如实反馈模式下则为连续数据），每个数据18bit。
       
        图7. GC6016数据采集流程
        6、GC6016功率统计模块配置
       
        GC6016内部有两个功率统计模块。一个是 BB power统计模块，一个是IBP模块。BBpower模块可以同时统计某 DDUC内部 12个载波的功率，但是同一时刻只能统计一个DDUC。IBPM包含IBPM0、IBPM1及 IBPM2等3个子模块，可以同时统计3个节点的功率。各IBPM子模块还包括hist功能，其信号来源和对应的IBPM子模块一致，但是三个子模块公用hist threshold。Hist功能主要用于信号估计, 每个hist子模块有两个估计通道。
       
        BBpower模块的配置流程如下图示。其中，interval time共计9bit，单位为64 BB samples。Integration time共计 13bit，单位为4 bb samples。功率寄存器为AI寄存器。
       
        图8. BBpower统计模块配置流程图
        IBPM模块的配置流程如下图示。需要说明的是，如果配置某 IBPM模块为RX通道功率统计，则在配置IBPM node的同时还需要选择接收通道。
       
        图9. IBPM配置流程图
       
       
        7、GC6016 发送测试信号
       
        GC6016可以发送测试信号用于系统调试定位或者发射通道性能测试。GC在BB或者DDUC内部通过简单的配置即可发射单音(常数配合nco)、lfsr及 ramp等测试信号，极大地方便调测以及问题定位。
       
        BB side发射测试信号的流程如下图所示。该testgen的位置在 BBgain之前，BB FIFO之后。如果需要disable该功能，只需将对应的testmode bit清0即可。
       
        需要注意，如果要在测试模式下修改信号幅度，则需要先退出测试模式，修改完测试信号幅度之后再次启动测试模式。
       
        图10. BB test gen启动流程图
         
        DDUC side发射测试信号的流程如下图所示。该testgen的位置在每个DDUC的Farrow处。需要说明的是，该配置会导致GC配置被修改，因此需要在disable testgen之前将对应寄存器修改回原值。对于多载波系统，建议在summer mapping环节关掉多余载波，只保留单载波用于测试。
       
        图11. FRW testgen 启动流程图
        需要说明的是，如果通过BB或者DDUC发送单音，则需要考虑各级滤波器的影响。
        GC也支持从BUC发送test pattern测试和DAC的接口。也支 BUC发送常数，然后调整 buc nco的模式发单音测试DAC。
       
        8、GC6016频点配置流程
       
        用户可能会修改载波频点。该功能可通过如下流程实现。注意频率控制字为48bit。
         
       
        图12. GC6016频点配置流程图
         
        用户也可能会修改nco的相位。相位的计算公式如下：phase(度)=360*value/65535. 每一个载波有对应的相位寄存器，写入需要的相位值之后，再用对应的同步是能寄存器同步一下即可。
       
        9、总结
        本文详细说明了GC6016中用户常用功能的配置流程。本文的一些内容对于GC5330的调试和定位也有所助益。