MWC采樣系統(tǒng)乘法器硬件電路設(shè)計(jì)

李志騰

基于調(diào)制寬帶轉(zhuǎn)換器（MWC）的亞奈奎斯特采樣理論是近年來(lái)提出的一種新的稀疏寬帶信號(hào)采樣理論。該理論結(jié)合壓縮感知與傅里葉分析思想，首先利用MWC完成多路低速采樣，然后根據(jù)相應(yīng)的重構(gòu)算法由低速率的采樣值重構(gòu)原始信號(hào)。MWC采樣方法相對(duì)于其他方法的優(yōu)點(diǎn)在于可對(duì)稀疏寬帶模擬信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)低于奈奎斯特率的采樣，并可在未知頻帶位置的情況下實(shí)現(xiàn)精確重構(gòu)。

為了驗(yàn)證亞奈奎斯特采樣理論的可行性，本課題的設(shè)計(jì)目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)4通道，輸入信號(hào)總體帶寬為20MHz，采樣率fs=800KHz ，子頻帶帶寬B=200KHz的亞奈奎斯特采樣系統(tǒng)。經(jīng)計(jì)算M取201。低通濾波器為了保有余量，截止頻率取400KHz。具體如表1所示：

整個(gè)硬件系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)部分，第一部分為乘法器，濾波器組成的模擬電路模塊，第二部分為AD轉(zhuǎn)換模塊，第三部分為FPGA模塊，另外還有USB模塊和電源模塊，本章主要對(duì)乘法器模塊系統(tǒng)進(jìn)行討論。

模擬電路模塊完成的功能有乘法模塊，即信號(hào)與隨機(jī)序列相乘，完成信號(hào)頻譜搬移的過(guò)程。

系統(tǒng)框圖如圖1所示，原始信號(hào)需要通過(guò)四路乘法器，并對(duì)混頻后的信號(hào)進(jìn)行濾波。

本系統(tǒng)要有四個(gè)通道，每一路首先要經(jīng)過(guò)一個(gè)乘法器。信號(hào)與偽隨機(jī)序列相乘，完成與偽隨機(jī)信號(hào)的混頻，最終完成的功能是信號(hào)頻譜的搬移。

常用的乘法芯片有AD835、AD534、AD734。其中AD835的噪聲比AD534和AD734要小的多。本設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)20MHz帶寬的稀疏多帶信號(hào)亞奈奎斯特采樣，而AD835在小信號(hào)的帶寬為250MHz，大信號(hào)有所下降，為了留有余量，本設(shè)計(jì)采用AD835來(lái)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)調(diào)制。而且AD835是正負(fù)5V供電，可實(shí)現(xiàn)單端或差分輸入，輸出直接為電壓信號(hào)，使用方便。AD835功能框圖如圖2所示：

為了保證電路設(shè)計(jì)的正確性，首先對(duì)器件的電氣參數(shù)做一下介紹。在輸入端，參

數(shù)如表2所示：

AD835輸入端差分電壓范圍為-1V～+1V。另外，AD835的輸出阻抗比較低，帶負(fù)載能力較強(qiáng)，且輸出電壓擺幅在-2.5V～+2.5V之間。討論完了AD835的性能之后，接下來(lái)討論其基本功能。上述公式中給出了AD835的轉(zhuǎn)移函數(shù)，系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能僅僅是相乘，即：

四路中的一路乘法器電路實(shí)現(xiàn)如圖3所示。x（t）為原始信號(hào)，sj1為偽隨機(jī)信號(hào)，H1為輸出。其他三路連接方式與圖3相同。

此電路圖中， ，K=0.75，U=1。即將原始信號(hào)與偽隨機(jī)信號(hào)混頻并將混頻后信號(hào)電壓擴(kuò)大了4倍。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建英，尹忠科.信號(hào)與圖像的稀疏分解及初步應(yīng)用.成都西南交通大學(xué)出版社，2006.236-243

[2]李樹濤，魏丹.壓縮傳感綜述.自動(dòng)化學(xué)報(bào)[J]。2009（35）.1369-1375

[3]M. Mishali， Y. C. Eldar， and J. A. Tropp， “Ef？cient sampling of sparse wideband analog signals，” Proc. IEEEI， 25th Conv.， pp. 290-294， Dec.2008.