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(zhēng)中，敵對(duì)雙方電子對(duì)抗的實(shí)質(zhì)是電磁頻譜領(lǐng)域的對(duì)抗，誰(shuí)掌握了電磁頻譜的主動(dòng)權(quán)，誰(shuí)就掌握了電子戰(zhàn)的主動(dòng)權(quán)，所以，對(duì)信號(hào)頻譜測(cè)量的意義不容忽視。信道化結(jié)構(gòu)是頻率測(cè)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(hào)量化成數(shù)字信號(hào)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(hào)數(shù)字化，并對(duì)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(hào)為對(duì)數(shù)檢波器輸出的視頻信號(hào)。視頻信號(hào)首先經(jīng)運(yùn)放調(diào)整到a／d轉(zhuǎn)換器的輸入動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)，a／d轉(zhuǎn)換器將視頻信號(hào)量化為10 bit的數(shù)字信號(hào)，每路數(shù)字信號(hào)經(jīng)fpga(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)平滑后輸出，多路數(shù)字信號(hào)由總線結(jié)構(gòu)合并成一路10 bit的數(shù)字信號(hào)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(diǎn)：量化精度10 bit；最高采樣率40 mhz；輸入動(dòng)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(jià)比。內(nèi)部時(shí)鐘頻率可達(dá)326 mhz，可提供8 064個(gè)邏輯單元，40萬(wàn)個(gè)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(chǔ)器select ram結(jié)構(gòu)，每塊存儲(chǔ)器容量18 kb，并且是完全的雙口存儲(chǔ)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(gè)數(shù)字時(shí)鐘管理器模塊和8個(gè)全局時(shí)鐘多路復(fù)用緩沖器，構(gòu)成了內(nèi)部高性能和豐富的時(shí)鐘資源，從而可提供靈活的系統(tǒng)時(shí)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(hào)完整性)問(wèn)題。

因?yàn)橛衒pga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(hào)處理，如對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換、求算術(shù)均值、測(cè)量脈沖參數(shù)等。

本文僅從數(shù)據(jù)采集的角度對(duì)該采集卡進(jìn)行分析并給出一些實(shí)驗(yàn)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(jì)算：

式中：rsinad為對(duì)正弦波采樣后數(shù)字信號(hào)的信號(hào)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(guò)對(duì)正弦信號(hào)采樣的fft得到信號(hào)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(hào)經(jīng)下變頻器下變頻到中頻，中頻信號(hào)經(jīng)功分器分成n路，每一路分別經(jīng)過(guò)不同中心頻率的saw(聲表面波)濾波器，形成n個(gè)信道，每一路信號(hào)檢波后輸出視頻信號(hào)。

多通道數(shù)據(jù)采集卡將各信道的視頻信號(hào)量化成數(shù)字信號(hào)，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(duì)檢波器輸出的視頻噪聲信號(hào)量化并平滑后的結(jié)果。