基于FPGA的数据采集板设计与实现

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数据采集板作为雷达信号处理系统中的接收前端,必须面对越来越高的要求,为后续信号处理提供可靠的保证。将数据采集板独立设计提高了通用性,降低了系统的研制时间,因此成为雷达信号处理系统设计的发展趋势。采用ADC和FPGA设计了基于CPCI总线的数据采集板,实现了8路信号同时中频采样及处理,并已应用于雷达系统中。

关键词： 数据采集板;ADC;FPGA;CPCI

The Design and Realization of the Data Sampling Board

Abstract:
With the development of modern radar,the data sampling board used as the receiver of a system of radar signal processing must face the increasingly high requirements,and guarantee the reliability of posterior signal processing.The data sampling board is designed specially,which improves the generality and shortens the time for design,so that it has become the development trend of signal processing system design.This paper adopts FPGA and ADC to design a data sampling board for signal processing based on the CPCI Bus,which accomplishes eight channels of IF signal sampling and processing,and has been used in some radar systems.

Keywords: data sampling board;ADC;FPGA;CPCI

　随着先进雷达功能多样化、复杂化, 要求研制、装备周期越来越短, 有必要设计一种通用性强、功能强大的数据采集板, 以支持雷达技术发展的需要, 这无论是在硬件还是软件编程的实现方面, 都为其可通用性打下坚实的基础。在实现技术上, 近些年来, 一改以往传统的模拟处理方法, 多采用数字中频正交采样技术, 这种做法直接对模拟中频信号进行单路采样, 再以一定方法实现数字下变频, 得到所需的两路正交信号。由于两路信号是经数字处理得到的, 因此可以达到较高的精度,两路正交信号的幅度和相位一致性都较好。

文中所设计的系统正是基于上述几点应用而生的, 采用的核心器件是Analog Devices公司的A /D芯片和Altera 高端高密度、低功耗、低成本的FPGAStratix II, 设计了基于CPCI总线的数据采集板, 实现了单板8路信号的中频采样及数据的实时处理, 并在某雷达系统中进行了实际应用。

1　系统设计

所要设计的系统可以同时接收8 路中频模拟信号, 并在FPGA中同时对8路数字信号进行下变频处理, 得到所需要的检波信号, 然后送往后端继续进行处理。实际硬件设计实现中, 系统大致可分为模拟和数字两部分, 模拟部分实现中频采样, 核心器件采用的是AD6645ASQ; 数字部分实现数字下变频(DDC) ,通过FPGA (EP2S60)来实现。

模拟部分选用美国Analog Devices公司的模数转换芯片AD6645ASQ, 它是一个完整的14 位集成ADC, 功耗115 W, 芯片结构采用的是串/并行编码相结合的方法, 兼顾速度与成本, 其主要特性在于:中频采样最高能到200MHz; 输入时钟和模拟信号都采用差分电平格式, 降低了干扰; 器件信噪比高; 而且其工作温度范围(环境) : - 40～ + 85°C[ 7 ] , 能够满足一般雷达系统对环境温度要求。数字部分选用的是Altera 公司采用112 V,90 nm, 9层金属走线、全铜SRAM工艺制造的中高端FGPA产品Stratix II系列的