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电子发烧友网>电子资料下载>DSP>高速中频采样信号处理平台的设计方案

高速中频采样信号处理平台的设计方案

2017-10-30 | rar | 0.4 MB | 次下载 | 1积分

资料介绍

摘要:高速中频采样信号处理平台在实际应用中有很大的前景,提出采用FPGA+DSP的处理结构,结合高性能A/D和D/A处理芯片,设计了一个通用处理平台,并对其主要性能进行了测试。实验与实际应用表明,该系统具有很强的数据处理能力和很好的稳定性。
  关键词:高速中频;信号处理;FPGA;DSP
  0 引言
  现代社会正向数字化、信息化方向高速发展,在这一过程中,往往需要高速信号的实时性数字化处理。例如,随着科技的进步,现代雷达等应用信号的数字化处理上有了长足的发展,但也带来了新的问题,这些应用的数字信号处理具有海量运行需求的应用背景,如巡航导弹末制导雷达地形匹配、合成孔径雷达的成像处理、相控阵雷达的时空二维滤波处理等领域。目前,单片DSP难以胜任许多信号处理系统的要求。而常见的解决方案也是高速A/D采样与信号处理功能是在多块不同的板卡上实现,这给实际应用带来很多不便。
  鉴于上述现有技术所存在的问题,本设计平台的目的是:
  (1)实现高速中频信号(如雷达信号)的数字化处理并进行实时传输数据或进行数据的实时计算,并能通过输出威廉希尔官方网站 进行结果显示;
  (2)自定义控制总线可以实现对高速中频信号处理板进行灵活控制,具有较强的可配置性和丰富的灵活性;
  (3)高速A/D采样与D/A回放及数据处理单元集成在一块板上,在集成度高的同时也降低了高速信号在传输过程中出现差错的概率。
  1 平台设计方案
  高速中频采样信号处理平台由主控制威廉希尔官方网站 、高速A/D与D/A威廉希尔官方网站 、信号处理单元威廉希尔官方网站 、光纤通道威廉希尔官方网站 、时钟管理威廉希尔官方网站 、存储单元和外部接口威廉希尔官方网站 组成,其总体框图如图1所示。
  高速中频采样信号处理平台的设计方案
  在实际应用过程中,四路A/D通道可以接收不同的信号源的信号,D/A通路可以对外进行数据显示等多种功能,时钟管理威廉希尔官方网站 管理内外时钟的使用及对板上系统供给工作时钟,两路光纤通道可以与其他高速设备相连接,自定义总线可以与CPU或主控制器相连接对平台进行有效灵活的控制。
  1.1 高速A/D与D/A设计
  四路高速A/D采样通道采用两片NS公司ADC081000实现,每片有两个A/D通道,相比多片A/D器件的通道间相位恒定设计是一个难点而言,单片A/D器件可以更容易实现两路通道间的相位恒定。ADC081000是一款高性能的A/D采集芯片,单通道8 b采样频率为1 GHz。本平台中A/D通道间采样数据的相位恒定是利用采样时钟相位间的恒定来实现的。在设计时,使时钟芯片到两片A/D器件间的时钟线等长,两片A /D器件到FPGA间的时钟线与数据线也分别等长,并且还利用一片FPGA设计了对两片A/D器件的软启动控制,这就更保证了四路通道间采样时钟的相位恒定。
  两路高速D/A通道采用两片AD公司的AD9736实现,AD9736单通道14 b,采样频率可达1 200 MSPS。两路高速D/A通路也利用一片FPGA作控制,实现通道间相位差的恒定。
  1.2 信号处理单元设计
  信号处理单元包括FPGA和DSP两大部分。
  FPGA部分主要由四片Virtex-4 SX55组成,四片FPGA间实现有串行连接和相隔间的连接。FPGA威廉希尔官方网站 主要是实现对高速A/D采集数据的预处理和高速D/A回放数据处理,并且控制高速A/D威廉希尔官方网站 采样时钟的相位恒定与高速D/A威廉希尔官方网站 采样时钟的相位恒定,同时也根据需要与相应的DSP进行数据交换或传递。FPGA威廉希尔官方网站 上连接的光接口威廉希尔官方网站 也可以实现与其他系统进行高速、实时的数据交换。
  A/D采样之后的数字信号速率非常高,要从这些高速信号中得到有用的基带信号,需要有效地对其进行数字下变频、抽取、滤波等处理,这些功能都可以通过FPGA来实现。FPGA具有较高的处理速度和较高的稳定性,同时又具有设计灵活、易于修改和维护的优点,可以适应不同系统的要求,提高了系统的适用性及可扩展性。
  DSP威廉希尔官方网站 是本平台信号处理的核心,完成大部分的数据处理工作,由四片ADSP TS201组成,四片DSP间实现了两两间的Link口互连,构成了分布式并行系统,可以把复杂的算法分割成小的任务给各处理器完成,从而减少任务的执行时间。
  根据设计需要,平台数据的传输量很大,多DSP之间的数据传输速度尤为重要,采用Link口来传输数据,可以在不增加辅助威廉希尔官方网站 的前提下,DSP间的直接互联。而且,基于Link口的数据传输采用专门的数据通道,不占有系统总线资源,消除了传输过程中的总线仲裁,减少了网络延迟带来的不确定因素。四片DSP间Link口的传递数据能力高达600 MB/s。
  DSP主要是通过软件设计来实现数字基带信号处理以及比特流控制、编码解码等高速的数据交换和处理功能。对DSP开发的软件工具是ADI公司的VisualDSF++4.0,它是TigerSHARC系列DSP的集成开发环境,支持汇编语言、C语言C++等开发语言,能让程序员使用这些工具编写出相对于特定DSP的高性能应用程序,发挥强大的处理能力。在本平台中,每片DSP的地位都是对等的,能够根据不同的要求,硬件结构不用改变,只须在DSP的软件算法中稍加改动,系统就能实现新的功能。
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