基于AD9233高速數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的設(shè)計

趙爽

摘 要：本文基于工程項目，主要對FMCW雷達信號采集系統(tǒng)的設(shè)計進行研究。介紹了一種基于AD9233高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，結(jié)合FPGA并行采樣的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，描述了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，并對模數(shù)轉(zhuǎn)換理論進行了重點分析。

關(guān)鍵詞：高速 采樣 AD9233

中圖分類號：TN792 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）0034-01

雷達通過向特定方向輻射電磁波，再從接收的信號中將目標(biāo)的回波信號檢測出來，從而判斷目標(biāo)的角度，距離，形狀等信息。雷達目標(biāo)的檢測一般是在十分復(fù)雜的電磁環(huán)境下進行的，接收信號不僅含有目標(biāo)回波，還含有大量的干擾噪聲。隨著數(shù)字信號處理理論的不斷發(fā)展，雷達信號數(shù)字接收機技術(shù)日益成為雷達技術(shù)發(fā)展的重點。雷達的數(shù)字接收機主要包含數(shù)字采樣部分和信號處理部分。本文主要對雷達信號的高速采樣電路進行研究設(shè)計。

1 A/D采樣電路與噪聲的關(guān)系

對于雷達接收機中頻的接收的模擬信號，要將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，需要采樣和量化。當(dāng)采用B位的A/D進行量化時，量化的總選擇數(shù)將為，當(dāng)采用補碼進行量化時，其量化范圍為（，），其量化范圍在正負(fù)區(qū)間內(nèi)是不對稱的，其動態(tài)范圍為量化的最大幅度值與最小幅度值之比，則以dB表示為：

（1）

當(dāng)雷達的回波不含有目標(biāo)信息和雜波信息時，其中頻信號完全由接收系統(tǒng)的噪聲組成。有時目標(biāo)回波過于微弱時，就會導(dǎo)致中頻的目標(biāo)信號低于噪聲信號。此時，如果A/D的最小量化步長過大，則A/D就會檢測不到噪聲信號，信號的信息就會丟失。設(shè)接收到的中頻信號y[n]為零均值，標(biāo)準(zhǔn)差為σ的高斯白噪聲。于是，A/D的輸出為輸入信號和量化器誤差之和：

（2）

上式中，為A/D的采樣的誤差，它在區(qū)間內(nèi)均勻分布，則信號與A/D的量化噪聲比為：

（3）

當(dāng)A/D的輸入信號是標(biāo)準(zhǔn)差為的白噪聲時，A/D的輸出方差為。定義變量，于是，用A/D的輸入端噪聲功率進行歸一化的A/D的輸出端噪聲功率為 （4）

在選擇A/D的位數(shù)時，希望，即A/D的步長選擇沒有使噪聲功率有很大的增長。

2 A/D采樣電路設(shè)計

根據(jù)以上討論，本設(shè)計選用AD公司的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9233，AD9233具有12位的轉(zhuǎn)換精度，125MSPS的轉(zhuǎn)換速度。它采用多級差分流水線架構(gòu)，內(nèi)置輸出糾錯邏輯，在125MSPS數(shù)據(jù)速率，可保證在整個工作溫度范圍內(nèi)無失碼。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

AD9233采用1.8V單電源供電，而數(shù)字輸出驅(qū)動器采用一個獨立的電源供電，以適應(yīng)1.8V至3.3V邏輯。其數(shù)據(jù)輸出有三種格式，分別為：偏移二進制、格雷碼和二進制補碼。其時序圖如圖2所示：

3 結(jié)語

本文主要對數(shù)字接收機的高速數(shù)據(jù)采集部分進行了理論分析與設(shè)計，實測結(jié)果表明，此設(shè)計具有良好的采樣性能。

參考文獻

[1] 陸浩，王振占.基于FPGA的高速采樣電路設(shè)計與測試[J].微電子學(xué)與計算機，2011，28（7）：106-109.

[2] 李素芝，萬建偉.時域離散信號處理[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，1994.

[3] 周林.數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.endprint

摘 要：本文基于工程項目，主要對FMCW雷達信號采集系統(tǒng)的設(shè)計進行研究。介紹了一種基于AD9233高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，結(jié)合FPGA并行采樣的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，描述了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，并對模數(shù)轉(zhuǎn)換理論進行了重點分析。

關(guān)鍵詞：高速 采樣 AD9233

中圖分類號：TN792 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）0034-01

雷達通過向特定方向輻射電磁波，再從接收的信號中將目標(biāo)的回波信號檢測出來，從而判斷目標(biāo)的角度，距離，形狀等信息。雷達目標(biāo)的檢測一般是在十分復(fù)雜的電磁環(huán)境下進行的，接收信號不僅含有目標(biāo)回波，還含有大量的干擾噪聲。隨著數(shù)字信號處理理論的不斷發(fā)展，雷達信號數(shù)字接收機技術(shù)日益成為雷達技術(shù)發(fā)展的重點。雷達的數(shù)字接收機主要包含數(shù)字采樣部分和信號處理部分。本文主要對雷達信號的高速采樣電路進行研究設(shè)計。

1 A/D采樣電路與噪聲的關(guān)系

對于雷達接收機中頻的接收的模擬信號，要將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，需要采樣和量化。當(dāng)采用B位的A/D進行量化時，量化的總選擇數(shù)將為，當(dāng)采用補碼進行量化時，其量化范圍為（，），其量化范圍在正負(fù)區(qū)間內(nèi)是不對稱的，其動態(tài)范圍為量化的最大幅度值與最小幅度值之比，則以dB表示為：

（1）

當(dāng)雷達的回波不含有目標(biāo)信息和雜波信息時，其中頻信號完全由接收系統(tǒng)的噪聲組成。有時目標(biāo)回波過于微弱時，就會導(dǎo)致中頻的目標(biāo)信號低于噪聲信號。此時，如果A/D的最小量化步長過大，則A/D就會檢測不到噪聲信號，信號的信息就會丟失。設(shè)接收到的中頻信號y[n]為零均值，標(biāo)準(zhǔn)差為σ的高斯白噪聲。于是，A/D的輸出為輸入信號和量化器誤差之和：

（2）

上式中，為A/D的采樣的誤差，它在區(qū)間內(nèi)均勻分布，則信號與A/D的量化噪聲比為：

（3）

當(dāng)A/D的輸入信號是標(biāo)準(zhǔn)差為的白噪聲時，A/D的輸出方差為。定義變量，于是，用A/D的輸入端噪聲功率進行歸一化的A/D的輸出端噪聲功率為 （4）

在選擇A/D的位數(shù)時，希望，即A/D的步長選擇沒有使噪聲功率有很大的增長。

2 A/D采樣電路設(shè)計

根據(jù)以上討論，本設(shè)計選用AD公司的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9233，AD9233具有12位的轉(zhuǎn)換精度，125MSPS的轉(zhuǎn)換速度。它采用多級差分流水線架構(gòu)，內(nèi)置輸出糾錯邏輯，在125MSPS數(shù)據(jù)速率，可保證在整個工作溫度范圍內(nèi)無失碼。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

AD9233采用1.8V單電源供電，而數(shù)字輸出驅(qū)動器采用一個獨立的電源供電，以適應(yīng)1.8V至3.3V邏輯。其數(shù)據(jù)輸出有三種格式，分別為：偏移二進制、格雷碼和二進制補碼。其時序圖如圖2所示：

3 結(jié)語

本文主要對數(shù)字接收機的高速數(shù)據(jù)采集部分進行了理論分析與設(shè)計，實測結(jié)果表明，此設(shè)計具有良好的采樣性能。

參考文獻

[1] 陸浩，王振占.基于FPGA的高速采樣電路設(shè)計與測試[J].微電子學(xué)與計算機，2011，28（7）：106-109.

[2] 李素芝，萬建偉.時域離散信號處理[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，1994.

[3] 周林.數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.endprint

摘 要：本文基于工程項目，主要對FMCW雷達信號采集系統(tǒng)的設(shè)計進行研究。介紹了一種基于AD9233高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，結(jié)合FPGA并行采樣的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，描述了系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，并對模數(shù)轉(zhuǎn)換理論進行了重點分析。

關(guān)鍵詞：高速 采樣 AD9233

中圖分類號：TN792 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）0034-01

雷達通過向特定方向輻射電磁波，再從接收的信號中將目標(biāo)的回波信號檢測出來，從而判斷目標(biāo)的角度，距離，形狀等信息。雷達目標(biāo)的檢測一般是在十分復(fù)雜的電磁環(huán)境下進行的，接收信號不僅含有目標(biāo)回波，還含有大量的干擾噪聲。隨著數(shù)字信號處理理論的不斷發(fā)展，雷達信號數(shù)字接收機技術(shù)日益成為雷達技術(shù)發(fā)展的重點。雷達的數(shù)字接收機主要包含數(shù)字采樣部分和信號處理部分。本文主要對雷達信號的高速采樣電路進行研究設(shè)計。

1 A/D采樣電路與噪聲的關(guān)系

對于雷達接收機中頻的接收的模擬信號，要將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，需要采樣和量化。當(dāng)采用B位的A/D進行量化時，量化的總選擇數(shù)將為，當(dāng)采用補碼進行量化時，其量化范圍為（，），其量化范圍在正負(fù)區(qū)間內(nèi)是不對稱的，其動態(tài)范圍為量化的最大幅度值與最小幅度值之比，則以dB表示為：

（1）

當(dāng)雷達的回波不含有目標(biāo)信息和雜波信息時，其中頻信號完全由接收系統(tǒng)的噪聲組成。有時目標(biāo)回波過于微弱時，就會導(dǎo)致中頻的目標(biāo)信號低于噪聲信號。此時，如果A/D的最小量化步長過大，則A/D就會檢測不到噪聲信號，信號的信息就會丟失。設(shè)接收到的中頻信號y[n]為零均值，標(biāo)準(zhǔn)差為σ的高斯白噪聲。于是，A/D的輸出為輸入信號和量化器誤差之和：

（2）

上式中，為A/D的采樣的誤差，它在區(qū)間內(nèi)均勻分布，則信號與A/D的量化噪聲比為：

（3）

當(dāng)A/D的輸入信號是標(biāo)準(zhǔn)差為的白噪聲時，A/D的輸出方差為。定義變量，于是，用A/D的輸入端噪聲功率進行歸一化的A/D的輸出端噪聲功率為 （4）

在選擇A/D的位數(shù)時，希望，即A/D的步長選擇沒有使噪聲功率有很大的增長。

2 A/D采樣電路設(shè)計

根據(jù)以上討論，本設(shè)計選用AD公司的高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD9233，AD9233具有12位的轉(zhuǎn)換精度，125MSPS的轉(zhuǎn)換速度。它采用多級差分流水線架構(gòu)，內(nèi)置輸出糾錯邏輯，在125MSPS數(shù)據(jù)速率，可保證在整個工作溫度范圍內(nèi)無失碼。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

AD9233采用1.8V單電源供電，而數(shù)字輸出驅(qū)動器采用一個獨立的電源供電，以適應(yīng)1.8V至3.3V邏輯。其數(shù)據(jù)輸出有三種格式，分別為：偏移二進制、格雷碼和二進制補碼。其時序圖如圖2所示：

3 結(jié)語

本文主要對數(shù)字接收機的高速數(shù)據(jù)采集部分進行了理論分析與設(shè)計，實測結(jié)果表明，此設(shè)計具有良好的采樣性能。

參考文獻

[1] 陸浩，王振占.基于FPGA的高速采樣電路設(shè)計與測試[J].微電子學(xué)與計算機，2011，28（7）：106-109.

[2] 李素芝，萬建偉.時域離散信號處理[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，1994.

[3] 周林.數(shù)據(jù)采集與分析技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005.endprint