一種基于FPGA的雷達數字信號處理機設計與實現
2 系統(tǒng)實現
2.1 硬件設計
結合系統(tǒng)需求和系統(tǒng)總體設計,本系統(tǒng)的硬件主要包括A/D采樣部分、D/A輸出部分、控制信號輸出部分、時鐘部分、FPGA設計及配置、電源管理等六大部分,總體框圖如2圖所示。各功能模塊介紹如下:本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/190578.htm
(1)A/D采樣部分
根據性能指標,系統(tǒng)外接6路模擬信號,信號頻率為100MHz,輸入信號幅度為±1 V,幅度分辨率為0.5 mV。因此設計了兩片A/D轉換模塊ADS6444實現帶通欠采樣,單片ADS6444支持4通道模/數轉換,最高采樣頻率為105 MHz,采樣位數為14 b的高性能A/D轉換電路,輸入信號量程為2 VPP,幅度分辨率為0.12 mV。配合前端數據調理芯片THS4513,能滿足系統(tǒng)對采樣電路的需求。
(2)D/A轉換電路
無論是調頻連續(xù)波或脈沖多普勒調制方式,均需要對外輸出100MHz的基頻信號,因此設計了D/A轉換電路。D/A轉換芯片采用MAX5887,它是14位、500 MSPS數模轉換器(DAC),工作電壓為3.3 V,提供76 dBc的無雜散動態(tài)范圍(SFDR)(fout=30 MHz時)。該DAC支持500MSPS的更新速率,且功耗小于230mW。
(3)控制信號輸出部分
控制信號輸出TTL的信號,TTL信號采用+5 V供電,而數據處理芯片FPGA采用的為3.3 V的LVTTL電平,為實現信號的正確傳輸,需要信號轉換,因此設計了I/O緩沖模塊實現LVTTL到TTL的信號轉換。I/O緩沖器使用采用美國TI公司的16位同向緩沖器SN74ALVTHl6245,可以完成LVTTL到TTL的電平轉換,最高開關頻率可以達到80 MHz以上,同時輸出電流大,可以帶動高功耗設備。
(4)時鐘部分
數/模轉換部分、模/數轉換部分、FPGA正常工作均需要低抖、高穩(wěn)定性的時鐘,在此使用專用時鐘芯片AD9517來產生系統(tǒng)需要的各個時鐘。AD9517是一款集成高頻時鐘發(fā)生器,具有如下特點:低相位噪聲、VCO頻率變化范圍為1.75~2.25 GHz,4路LVPECL時鐘扇出,輸出頻率范圍為50 MHz~1.6 GHz可調,4路LVDS時鐘扇出,輸出頻率范圍為25~800 MHz可調,4路LVDS時鐘扇出可設置為8路CMOS時鐘扇出,且相位可調、可串行控制。
(5)FPGA設計
FPGA要完成對A/D采樣數據的數據處理、D/A轉換的數據輸出、控制信號的產生、核心算法的實現、USB調試接口的數據輸入/輸出等,是整個系統(tǒng)設計的重要部分。根據系統(tǒng)需求分析,使用了Xilinx Virtex4SX55。Virtex4 SX55含有512個DSP處理單元,具有強大的數據處理能力,能夠滿足本系統(tǒng)的信號處理需求。
(6)電源管理
本系統(tǒng)采用電源管理模塊將+12 V的外部電源進行穩(wěn)壓并分成各種幅度的電壓供各個模塊單獨供電,滿足各個模塊對電壓的嚴格需求。其電源供電系統(tǒng)結構如圖3所示。
評論