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GPS自适应调零天线信号处理系统硬件设计
http://www.cww.net.cn   2012年4月27日 15:37    

根据设计要求,为保证7路数据同步,需要使用FPGA给A/D模块、数字变频模块、D/A模块提供相同的时钟信号,这样做会消耗大量的FPGA全局时钟资源。如果加上算法在同一块FPGA中实现,就有可能产生时钟资源冲突,所以这次信号处理器使用主副FPGA的方式,主FPGA提供算法的实现,副FPGA向外设提供时钟信号和控制信号。这种方式将提供更大的灵活性,如后续升级只需考虑修改主FPGA的算法,其余模块无需改变。

主FPGA处理数据的能力标志着一个系统的性能,因而系统采用Xilinx公司Virtex-6系列的XC6VLXT75T,它可以提供5616kB的内嵌块RAM,拥有多达288个DSP48E1,单端通用I/O有360个,可以实现高性能滤波以及其他数字信号处理功能。副FPGA主要提供时钟和控制信号,系统选择Xilinx公司Spartan-6系列的XC6Slx16,它可以提供2路CMT,以及576kB的RAM和232个用户I/O。

1.2 数字变频模块

数字变频一般有两种方法实现:一种是使用FPGA;另一种是使用专用变频芯片。利用FPGA实现变频器件具有灵活的特点,但数字变频设计计算量较大,会耗费大量的FPGA资源,如果抗干扰算法也使用较复杂的算法,就有可能产生资源冲突;当数据处理速率较高时,FPGA实现的性能远不如专用数字变频器件。

数字下变频包括数字解调,低通滤波等几个处理环节,利用NCO,FIR滤波器可以完成数字下变频;数字上变频恰好与之相反。由于变频芯片处理多路数据,所以选择GC5016作为专用数字变频器件,该器件是TI公司推出的宽频带4通道的可编程数字上/下变频转换器,提供150M sample·s-1时钟,具有杰出的3G性能、灵活的宽带数字滤波、多个输入与输出接口选项以及超低功耗。4个完全相同的处理通道能独立配置成上变频,下变频或者是两个上变频和两个下变频组合的通道。满足了设计对变频芯片的要求。

1.3 A/D模块

A/D器件的选择应该保证系统设计功能和性能的实现,主要应从4个方面考虑:(1)A/D速率的选择:输入到A/D的中频信号为16MHz,按照Nyquist采样定理,系统应该给A/D 32MHz的采样速率,但这个采样数据速率不能满足算法对数据量的需求,根据算法需求采样率应在60MHz以上。(2)采用分辨率较高的器件:A/D器件的分辨率主要取决于器件的转换位数和器件的信号输入范围,由此可见,分辨率越高A/D器件的信噪比就越高。根据加干扰GPS信号的动态范围较大的实际特点,需要选择16位或以上的A/D器件。(3)根据环境条件选择A/D转换芯片的环境参数。因项目对功耗不敏感,所以不作为选型主要因素。(4)根据接口特征选择合适的A/D芯片。由于上下变频器件种类较少,所以需要根据变频器件接口来选择A/D器件,保证A/D器件能和变频器件实现无缝连接。但需要考虑电平和编码方式等。

综上4个方面考虑,以及参考A/D公司资料,最终选择AD9460作为A/D转换器。AD9460具有79dB的信噪比,并且以130Msample·s-1的高速中频采样速率达到16位的精密度,AD9460以80Msample·s-1采样率工作时,其功耗为1.4W。

根据抗干扰调零算法的要求:7路中频模拟信号经过A/D后还应保证数据同步,为保证7路数据同步,使用副FPGA给7个A/D提供相同的时钟信号,在PCB上保证副FPGA到7个A/D芯片的时钟线为同样长,这样即可在硬件上保证数据同步。

1.4 D/A模块

数据经过算法处理后,输出经数字上变频还原成中频模拟信号,需要选择与之相适应的D/A转换芯片。选择D/A转换芯片时需要考虑3方面因素:(1)D/A的转换精度,在实际中D/A转换器会受到电路元件参数误差,基准电压不稳和运算放大器的零漂等因素影响,应采用精度较高的D/A转换器芯片。(2)对照上变频芯片输出数据的编码方式、数据位数以及速率等,选择D/A转换器芯片与之无缝连接,还应考虑D/A输出动态幅度是否可以满足射频端的要求。(3)根据环境条件选择A/D转换芯片的环境参数。

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来源:电子网   编 辑:高娟    联系电话:010-67110006-853
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