MATLAB基于FPGA和ASIC的数字收发器的开发和利用分析
无线rf接收器在许多应用中都会用到，包括无线安全系统、工业监控、仪表读数和家庭自动化等等。过去，半导体供应商主要使用模拟设计来构建这些接收器。如今，供应商正在转换到数字和混合信号设计，以期降低功耗和简化与其他组件的集成。
对于基于模型的设计，semtech工程师扩展了对mathworks工具的使用，目的是为了过渡至数字平台。多年来，工程师使用matlab和filter design hdl coder为滤波器建模和生成hdl代码。在最近的项目中，他们使用了simulink和hdl coder为整个设计生成vhdl。
semtech sx1231 无线收发器
挑战
semtech工程师需要使用低if架构为频移键控(fsk)和最小频移键控(msk)解调开发数字接收器链。他们希望在工程的先期研究阶段，就针对性能、功耗和布局等性能，评估多种设计。为每个设计备选方案编写vhdl较为费时，而且限制了团队可以考虑的备选方案数量。
除了原型制作阶段外，semtech工程师希望改善传统的产品代码开发工作流程。“对系统进行建模，确保它们符合要求之后，我们以往是在vhdl中重新实现模型，然后在新工具中重新执行仿真”，prianon说道。“这样做随时都有可能引入错误，并且我们永远无法保证模型完全与新的vhdl代码一致。”
解决方案
semtech使用mathworks工具进行基于模型的设计，来快速探索和评估各种设计思想，自动生成产品级vhdl代码，改善工程师团队之间的协作，从而加快用于fsk和msk解调的数字接收器链开发。
在先期研究阶段，semtech工程师根据系统需求规范在simulink中创建了浮点模型。他们使用来自communications system toolbox中的模块对信道中的噪音进行建模，并实现fsk和msk解调。
借助signal processing toolbox以及dsp system toolbox，一位工程师设计并分析了级联积分梳状(cic)和有限脉冲响应(fir)数字滤波器，而另一位工程师则使用simulink分析设计sigma-delta模数转换器(adc)、锁相环路(pll)以及整个系统的其他部分。
一旦分别完成数字接收器链的各个部分的仿真，工程师就可以相互共享simulink模型，从而在完成系统集成之前验证自己的组件设计是否可以共同工作。
“手工编写vhdl没有任何优势可言。编写vhdl是一件非常枯燥的事情，还需要验证手写代码。利用simulink和hdl coder，一旦完成对模型的仿真，就可以直接自动生成vhdl，并使用fpga进行原型验证。这样可以节省大量时间，并且生成的代码还包含一些我们未曾想到的优化。”
—— frantz prianon, semtech
工程师运行仿真来验证设计，并使用communications system toolbox中的误码率计算模块来计算误码率。
借助fixed-point designer，他们将设计从浮点转变为固定点表示形式，从而进行比特位级的仿真。
semtech工程师使用hdl coder从完整的接收器链的simulink模型生成vhdl。为了验证vhdl，他们使用了hdl verifier来通过mentor graphics questa仿真器联合仿真以验证其simulink设计与生成vhdl代码的一致性。
结果
创建原型的速度提高了50%。“在我们自行编写vhdl时，通常需要两个月才能创建fpga原型”，prianon说道。“借助simulink和hdl coder，我们无需再对每个模块进行繁琐的手动编码，只需数周便可创建原型。
验证时间从数周缩短为数天。“在之前的项目中，我们至少需要花两周时间来编写用于验证vhdl的测试用例”，prianon回想说。“借助hdl verifier，我们可以进行联合仿真，测试模型中的多个关键点，并验证vhdl，通常不到一天就可以完成。”
最终交付经过优化、性能更佳的设计。基于模型的设计让semtech可以将从需求到下线的开发时间缩短 33%。“我们用节省下来的时间改善设计”，prianon说。“mathworks工具让我们可以探索更多备选方案和新功能，最终提供优化更好、效果更佳的设计。”
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结果
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验证时间从数周缩短为数天。“在之前的项目中，我们至少需要花两周时间来编写用于验证vhdl的测试用例”，prianon回想说。“借助hdl verifier，我们可以进行联合仿真，测试模型中的多个关键点，并验证vhdl，通常不到一天就可以完成。”
最终交付经过优化、性能更佳的设计。基于模型的设计让semtech可以将从需求到下线的开发时间缩短 33%。“我们用节省下来的时间改善设计”，prianon说。“mathworks工具让我们可以探索更多备选方案和新功能，最终提供优化更好、效果更佳的设计。”
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