基于TLV1562的四通道高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

引言

　　在雷達(dá)雜波對(duì)消器設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的方法是采用中頻對(duì)消，即雜波的抑制在中頻上實(shí)現(xiàn)。早期的中頻對(duì)消器常采用SAW和CCD等模擬延時(shí)線(xiàn)。由于數(shù)字信號(hào)處理所具有的突出優(yōu)點(diǎn),尤其是數(shù)字集成電路的發(fā)展以及可編程邏輯器件功能的日益強(qiáng)大,使得數(shù)字式矢量對(duì)消器成為當(dāng)前及今后的主要工作模式。 而對(duì)雷達(dá)信號(hào)的采集與處理成為最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)中筆者選擇了10位高速低功耗可重配置TLV1562，在較低成本下實(shí)現(xiàn)了多通道數(shù)據(jù)采集處理。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)框圖如圖1所示，以TLV1562為核心的前端采集系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的一部分。整個(gè)系統(tǒng)由信號(hào)調(diào)理、信號(hào)采樣、高速信號(hào)處理(數(shù)字對(duì)消)以及波形回放等組成。信號(hào)調(diào)理電路是對(duì)經(jīng)相干檢波送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行壓縮調(diào)整以滿(mǎn)足TLV1562的采樣電平；信號(hào)采樣是完成模擬信號(hào)的數(shù)字化(由TLV1562完成)；高速數(shù)字信號(hào)處理是在CPLD內(nèi)完成數(shù)字式對(duì)消算法；由AD7533構(gòu)成的波形回放部分是將對(duì)消處理過(guò)的信號(hào)送到顯示屏顯示。

信號(hào)調(diào)理電路與A/D參考基準(zhǔn)源

　　由于對(duì)于規(guī)定的電源電壓AVDD，TLV1562的模擬輸入信號(hào)的范圍為0.8V(AVDD-1.9伏)，所以必須要對(duì)相干檢波出來(lái)的模擬信號(hào)進(jìn)行處理，使其滿(mǎn)足要求。設(shè)計(jì)中，采用如圖2所示的調(diào)理電路，R4用來(lái)調(diào)整輸入信號(hào)SIG4的幅度范圍，Vr-是由TL431調(diào)整出來(lái)的一個(gè)基準(zhǔn)電壓，用來(lái)控制信號(hào)的直流電壓。

　　TLV1562有兩個(gè)基準(zhǔn)輸入引腳—REFP和REFM。這兩個(gè)引腳上的電平分別是產(chǎn)生滿(mǎn)度和零度讀數(shù)的模擬輸入的上下限。根據(jù)要求基準(zhǔn)電壓必須滿(mǎn)足下列條件：

VREFP=AVDD-1V

AGND+0.9VVREFM

3V>=(VREFP-VREFM)>=0.8V

　　所以設(shè)計(jì)中采用圖3所示的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)整R31和R32，使VREFP與VREFM滿(mǎn)足上訴要求。

采集系統(tǒng)

　　CPLD與TLV1562的接口時(shí)序圖見(jiàn)圖4。DISTANCE_PULSE是距離門(mén)脈沖,周期為512μs(80Km)或1024μs(160Km),SAMPLE_PULSE是采樣開(kāi)始脈沖，一旦監(jiān)測(cè)到其上升沿采集系統(tǒng)就開(kāi)始啟動(dòng)，START被置為高電平，TLV1562的CS置為低。WR、RD、INT的時(shí)序圖是TLV1562的內(nèi)部轉(zhuǎn)換模式時(shí)序圖。當(dāng)WR出現(xiàn)兩次低電平后，便完成了對(duì)寄存器CR0和CR1的配置，即實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換的初始化。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出低電平信號(hào)INT有效，信號(hào)RD讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并復(fù)位INT信號(hào)，完成一個(gè)轉(zhuǎn)換周期，并開(kāi)始準(zhǔn)備下一次轉(zhuǎn)換。

　　由于TLV1562芯片是可配置A/D轉(zhuǎn)換器，所以如何利用CPLD實(shí)現(xiàn)對(duì)TLV1562的配置與讀寫(xiě)是關(guān)鍵技術(shù)之一。對(duì)于TLV1562的讀寫(xiě)控制易于實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于其配置，由于是對(duì)四通道循環(huán)采集，較為復(fù)雜。在TLV1562中有兩個(gè)寄存器需要配置，也就是要有兩次寫(xiě)，而每次配置的數(shù)據(jù)還不一樣，所以應(yīng)該在每次寫(xiě)的時(shí)候都應(yīng)相應(yīng)的提供數(shù)據(jù)。整個(gè)配置過(guò)程用VHDL語(yǔ)言采用有限狀態(tài)機(jī)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。定義5個(gè)狀態(tài)：st0，st1，st2，st3，st4，st0是空閑態(tài)，st1，st2，st3，st4是對(duì)應(yīng)相應(yīng)采集通道的狀態(tài)，INDEXREG[1..0]是用來(lái)監(jiān)測(cè)寫(xiě)信號(hào)的第幾次寫(xiě)的標(biāo)識(shí)碼。 程序如下：

type states is (st0,st1,st2,st3，ST4);

signal current_state,next_state :states :=st0;

signal indexreg:STD_LOGIC_vector(1 downto 0);

signal chanel_data: STD_LOGIC_vector(9 downto 0);

begin

indexreg=index_reg; cs=not start;

process(current_state,indexreg,ad_ale)

begin

if ad_ale='0' then

chanel_data="ZZZZZZZZZZ";

else

if indexreg="10" then

chanel_data="0100000100";

else

case current_state is

when st0=>ad_end='0'; chanel="00";

next_state=st1;

chanel_data="0011000000";

when st1=> ad_end='0';chanel="01";

next_state=st2;

chanel_data="0011000001";

when st2=> ad_end='0';chanel="10";

next_state=st3;

chanel_data="0011000010";

when st3=> ad_end='1';chanel="11";

next_state=st0;

chanel_data="0011000011";

when st4=> next_state=st0;

chanel_data="0011000000";

when others=> ad_end='1'； next_state=st0;

chanel_data="0011000000";

end case;

end if;

end if;

end process;

結(jié)語(yǔ)

　　文中詳述了基于TLV1562和EP1K100的多通道高速采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法，將該采集系統(tǒng)應(yīng)用到雷達(dá)數(shù)字式對(duì)消器中，結(jié)果證明精度和速度都能滿(mǎn)足要求。實(shí)現(xiàn)了在較低的成本下實(shí)施多通道數(shù)據(jù)采集處理。