多通道數(shù)據(jù)采集卡在信道化接收機(jī)中的應(yīng)用

引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，敵對雙方電子對抗的實質(zhì)是電磁頻譜領(lǐng)域的對抗，誰掌握了電磁頻譜的主動權(quán)，誰就掌握了電子戰(zhàn)的主動權(quán)，所以，對信號頻譜測量的意義不容忽視。信道化結(jié)構(gòu)是頻率測量領(lǐng)域的一種重要的接收機(jī)結(jié)構(gòu)，在電子戰(zhàn)領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

各信道的模擬信號量化成數(shù)字信號是信道化接收機(jī)的重要環(huán)節(jié)。多通道數(shù)據(jù)采集卡的作用正是將模擬信號數(shù)字化，并對采樣進(jìn)行平滑，以提高信噪比。

1 多通道數(shù)據(jù)采集卡的結(jié)構(gòu)

采集卡的輸入信號為對數(shù)檢波器輸出的視頻信號。視頻信號首先經(jīng)運放調(diào)整到a／d轉(zhuǎn)換器的輸入動態(tài)范圍之內(nèi)，a／d轉(zhuǎn)換器將視頻信號量化為10 bit的數(shù)字信號，每路數(shù)字信號經(jīng)fpga(現(xiàn)場可編程門陣列)平滑后輸出，多路數(shù)字信號由總線結(jié)構(gòu)合并成一路10 bit的數(shù)字信號輸出。

數(shù)據(jù)采集卡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

a／d轉(zhuǎn)換器選型為ad公司的ad9203，它具有以下特點：量化精度10 bit；最高采樣率40 mhz；輸入動態(tài)范圍0～2 v；功耗74 mw(3 v供電，40 mhz采樣率)。

fpga選用xilinx公司2005年推出的xc3s400-4pq208i，該芯片采用xilinx公司最成功的virtex-ⅱfpga架構(gòu)，并采用90 nm和300 nm晶圓工藝生產(chǎn)，大大提高了性價比。內(nèi)部時鐘頻率可達(dá)326 mhz，可提供8 064個邏輯單元，40萬個系統(tǒng)門；支持多達(dá)17種單端接口標(biāo)準(zhǔn)和6種差分接口標(biāo)準(zhǔn)；高性能的內(nèi)部存儲器select ram結(jié)構(gòu)，每塊存儲器容量18 kb，并且是完全的雙口存儲器結(jié)構(gòu)；有專用的18 bit×18 bit乘法器模塊和超前進(jìn)位鏈(1ook-ahead carry)構(gòu)成了高性能的算術(shù)處理功能；多達(dá)4個數(shù)字時鐘管理器模塊和8個全局時鐘多路復(fù)用緩沖器，構(gòu)成了內(nèi)部高性能和豐富的時鐘資源，從而可提供靈活的系統(tǒng)時鐘解決方案。片內(nèi)的數(shù)字化阻抗匹配技術(shù)和可編程輸出電流(2 ma～24 ma)，克服了因阻抗不匹配造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定性(信號完整性)問題。

因為有fpga的存在，使數(shù)據(jù)采集卡的功能非常靈活多樣，a／d的采樣結(jié)果在fpga中可進(jìn)行多種信號處理，如對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換、求算術(shù)均值、測量脈沖參數(shù)等。

本文僅從數(shù)據(jù)采集的角度對該采集卡進(jìn)行分析并給出一些實驗結(jié)果。

2 有效量化位數(shù)分析

ad9203的有效量化位數(shù)按下式計算：

式中：rsinad為對正弦波采樣后數(shù)字信號的信號與噪聲加失真之比，單位為db，可按圖2所示方法獲取rsinad。

數(shù)據(jù)采集卡的輸入為1.4 mhz的正弦波，將量化結(jié)果輸入到邏輯分析儀中，在軟件labview7.0中編制fft程序，通過對正弦信號采樣的fft得到信號頻譜如圖3所示。

讀取rsinad為53，所以，n=(53-1.76)／6.02=8.5。即采集卡的有效量化位數(shù)為8.5位。

3 數(shù)據(jù)采集卡在信道化接收機(jī)中的應(yīng)用

信道化接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

射頻信號經(jīng)下變頻器下變頻到中頻，中頻信號經(jīng)功分器分成n路，每一路分別經(jīng)過不同中心頻率的saw(聲表面波)濾波器，形成n個信道，每一路信號檢波后輸出視頻信號。

多通道數(shù)據(jù)采集卡將各信道的視頻信號量化成數(shù)字信號，并在fpga中平滑后將結(jié)果提供給cpu(中央處理器)。圖5、圖6給出了采集卡對檢波器輸出的視頻噪聲信號量化并平滑后的結(jié)果。