寬帶數(shù)字信道化接收機(jī)的FPGA實(shí)現(xiàn)
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3 系統(tǒng)硬件仿真與結(jié)果分析
本設(shè)計(jì)在EP3SE110F1152C4上完成了兩通道的信道化過程、信號包絡(luò)脈沖輸出及對載頻、相位差信息的編碼輸出。在硬件驗(yàn)證仿真時(shí)，用到了內(nèi)嵌式邏輯分析儀——SignalTapⅡLogic Analyzer。它是一種調(diào)試工具，能捕獲和顯示FPGA中的實(shí)時(shí)信號特性，通過JTAG接口下載FPGA配置數(shù)據(jù)和上載捕獲的信號數(shù)據(jù)，并在計(jì)算機(jī)中觀察FPGA內(nèi)部節(jié)點(diǎn)信號，使用戶可以在整個(gè)設(shè)計(jì)工作過程中以系統(tǒng)級的速度觀察硬件和軟件的交互作用。FPGA芯片各項(xiàng)資源消耗情況如表1所示，共占用82％的資源，其中包括SignalTapⅡLogicAnalyzer所占用的資源。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191258.htm
A／D的采樣精度直接影響后面的精度，因此首先對A／D進(jìn)行性能測試。信噪比RSN定義為信號峰值點(diǎn)的功率與去掉零頻以及前五階諧波分量后的所有噪聲的功率比值。信號噪聲失真比SINAD定義為信號峰值點(diǎn)的功率與去掉零頻后的所有諧波及噪聲的功率比值，其值較信噪比小。無雜散動態(tài)范圍SFDR定義為單信號輸入時(shí)信號與最大的諧波或雜散的功率比值。
實(shí)驗(yàn)一：輸入信號頻率為由信號源Agilent 83752A產(chǎn)生的正弦波，頻率為720 MHz，幅度為-1 dBFS，采樣頻率為960MHz，從FPGA中導(dǎo)出采樣數(shù)據(jù)作8 k點(diǎn)的FFT，得信號頻譜如圖8所示。
經(jīng)計(jì)算得，信噪比RSN為47．5 dB，信號噪聲失真比SINAD為46．3 dB，有效位數(shù)ENOB為7．4 bits，無雜散動態(tài)范圍SFDR為59 dBc。
實(shí)驗(yàn)二：用Agilent的E4438C矢量信號發(fā)生器作為中頻輸入，輸入載頻為725 MHz，PRI=10μs，PW=2μs的脈沖信號測試結(jié)果如圖9所示。圖9中第一行表示輸入信號經(jīng)過LVDS降速后的輸出波形，中間15行表示15個(gè)信道包絡(luò)脈沖輸出，倒數(shù)第二行表示有包絡(luò)脈沖輸出的那一路輸出載頻碼，最后一行表示有包絡(luò)脈沖輸出的那一路輸出的相位差碼。
由以上的分析可知，載頻為725 MHz信號應(yīng)該出現(xiàn)在705～735 MHz的第9信道上，輸出載頻碼為725-480=245，DSP寫入校正編碼使輸出的相位差碼為0。由圖9可看出，只有第9信道有包絡(luò)脈沖輸出，輸出載頻碼為245，輸出的相位差碼為0，這與理論結(jié)果一致。
實(shí)驗(yàn)三：用Agilent的E4438C矢量信號發(fā)生器作為中頻輸入，輸入載頻為725 MHz，PRI=10μs，PW=2μs的脈沖信號。用示波器同時(shí)采集輸入中頻脈沖信號和輸出的信號包絡(luò)脈沖，可得信號載頻碼和相位差碼輸出延遲時(shí)間，即整個(gè)系統(tǒng)延遲時(shí)間測試結(jié)果如圖10所示。上邊的一條線為輸入的中頻脈沖信號，下邊的一條線為輸出的信號包絡(luò)脈沖，由圖10可以看出系統(tǒng)延遲時(shí)間小于1．3μs，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)處理。
實(shí)驗(yàn)四：用一臺Agilent的E4438C矢量信號發(fā)生器和兩臺Agilent的83752A作為中頻輸入，分別輸入載頻510MHz，PRI=100μs，PW=10μs；載頻為720MHz，PRI=90μs，PW=8μs；載頻為930 MHz，PRI=80μs，PW=20μs的三路脈沖信號。用示波器采集三路信號包絡(luò)脈沖輸出接口信號，可得系統(tǒng)對多信號處理結(jié)果如圖11所示。最上邊的線為第一路包絡(luò)脈沖輸出接口，中間的線為第二路包絡(luò)脈沖輸出接口，下邊的線為第三路包絡(luò)脈沖輸出接口。當(dāng)信號在時(shí)域交疊時(shí)，由不同的輸出接口輸出包絡(luò)脈沖；否則在第一路輸出接口輸出。由圖11可以看出系統(tǒng)完成了對同時(shí)到達(dá)多信號的處理。
4 結(jié)論
本文結(jié)合工程實(shí)際，完成了960MHz的16通道數(shù)字信道化接收機(jī)的FPGA實(shí)現(xiàn)。采用多相濾波器的高速高效數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字信道化接收機(jī)，既能保證寬瞬時(shí)帶寬要求，又能達(dá)到實(shí)時(shí)處理的目的；與傳統(tǒng)的數(shù)字信道化結(jié)構(gòu)節(jié)省硬件資源，提高系統(tǒng)的整體工作性能。FPGA仿真結(jié)果表明該模型在FPGA上實(shí)現(xiàn)的可行性以及實(shí)用性，并且實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的指標(biāo)要求。
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