DSP在无线传感系统中的应用

选择为70MHz,系统的射频(RF)为270MHz。

　　高频发送电路主要有高频振荡器、缓冲放大器、上行变换器和功率放大器等部分组成,其作用是将一等幅的调制信号作为声表面波标签传感器的激励信号通过天线发送出去;高频接收电路有低噪声放大器、下行变换器、宽带增益等,其任务是将天线感应到的声表面波标签的高频反射信号解调出其正交分量Q和同相分量I。

　　快速切换开关的作用是让高频信号单向传输。在发送时,信号从功率放大器传向天线,有效地阻止它对接收支路的影响;而从天线过来的接收信号能有效地传向接收回路。天线发射和接收电磁波的能力,与天线结构、尺寸、使用的频率有关,从电性能要求来说,要求天线有更大的尺寸,结构上也可以更复杂一点,收、发天线宜分开。但从造型、实用角度看,又要求天线简单、小巧。这是一对矛盾,往往牺牲电性能,让天线服从造型的要求。系统可采用简单的线天线作为信号的收发天线。

　　考虑到发射信号的功率受固定值的限制,因此,提高接收机的灵敏度尤为重要。在高频电路中还应包括一些相应的匹配电路和滤波器,调整高频匹配元件,使其工作于匹配状态,使之发挥最佳效能。

　　数据处理部分：

　　双通道高速数据采集系统是声表面波自动目标识别系统的一个重要组成部分。该数据采集系统作为识别系统的前端,用于采集声表面波标签反射回波并经滤波处理后的I、Q两路信号。

　　如图3所示,信号处理部分采用工作频率为200MHz的TMS320C6201作为核心。采样的时序由FPGA XCS20XL控制完成,主要包括控制天线的发射/接收开关切换、在接收传感器信息时启动A/D转换、并将A/D转换结果存储到4K×32位IDT7024双口RAM中等内容。在一次整周期采样过程中数据量不超过640字节。当被测量变化较慢时,对发射/接收机完成8次整周期采样后进行数据平均,然后DSP一次将预处理后的数据读至片内RAM中,进行运算处理,然后送PC机实现进一步的功能或直接输出。

　　在系统中,相位误差大小与采样所使用的模/数转换器(ADC)的性能紧密相关。理想情况下,ADC唯一的误差源是量化,量化误差是由在变换范围内可能取任何值的模拟输入信号转化为有限精度的数字序列时产生的;由于ADC信噪比为：

　　因此,恰当选择ADC的位数N和采样频率 不仅可以减少Nyquist带内的量化噪声,从而提高信噪比,而且减小了量化误差,是非常必要的。实际采用了12位模数转换器AD9042,确定采样频率为40MHz。对中频放大至2.4±0.5V,带宽为8MHz的回波信号进行采样。

　　AD9042设计保证在40MHZ带宽上具有80dB的无失真动态范围,其噪声性能也相当好,典型的信噪比为68dB。双口RAM7024读写速度为15nS,完全满足系统的数据存储要求。

　　通过对FPGA XCS20XL芯片的进一步设计,可以实现使数字信号通过不同的方式从A/D到DSP的流程（基于FPGA的控制方式,FIFO方式,DMA传送方式）。

　　评价模块是一种低成本的开发板,EVMs的硬件平台是带有目标处理器、板上存储器和少量外设的PC机插卡,插卡上配有模拟输入/输出接口,EVM板可用来进行DSP芯片评价、性能评估和有限的系统调试。

　　针对TMS320C6201的DSP器件,为方便DSP目标板的开发,采用DSP2621PA评估板进行硬件仿真。DSP2621PA板采用TI的DSP器件（TMS320C6201）,最高运行速度可达1600MIPS,适用于雷达、通信、图象处理系统。板上配置了高速同步存储器SBSRAM（128x32Bit）和SDRAM（4Mx32Bit）。两路A/D可同时采集,每路最高采样频率可达40MHz,A/D采样频率可变。为方便用户进行二次开发,板上配置了大容量的FPGA器件（2万-3万门）和外部I/O接口。板上还提供了一个McBSP 接口,兼容5V TTL电平,方便用户与外部系统通信。板上可选择的EPLD（800门）,方便用户专用逻辑的设计。

　　本系统选用的TMS320C6201处理器有352只管脚,采用BGAP封装,可采用50MHz或100MHz的工作频率,经片内锁相环路（PLL）将外部时钟频率乘以2或4,可以使C6201的最高工作时钟达200MHz,运算能力达1600MIPS,指令周期仅为5ns。

　　硬件结构TMS320C6201处理器硬件资源丰富,主要由三大部分组成：CPU、外围设备和存储器。C6201的地址总线为32位,寻址范围达到4GB,存储器空间可分为四部分：片内程序空间(包括Cache)、片内数据空间、外部存储空间和内部外围设备空间。主要特性有：

　　内部结构不同于一般DSP芯片,内部同时集成了2个乘法器和6个算术运算单元,且它们之间是高度正交的,使得在一个指令周期内最大能支持8条32位的指令。

　　指令集不同。为充分发挥其内部集成的各指令单元的独立执行能力,TI公司使用了超长指令字（VLIW）结构,可在一个时钟周期内并行执行几条指令。

大容量的片内存储器和大范围的寻址能力。片内集