基于fpga的双极化信号的采集板设计

《基于fpga的双极化信号的采集板设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、基于FPGA的双极化信号的采集板设计　　摘要：为了测量双极化天线隔离度，使用通用设备进行了双极化信号的接收场强测试，而这套设备昂贵，测试较为复杂，因此提出了一套较简洁的方案。该方案采用一套系统整体硬件设计方案和可编程门阵列（FPGA）软件设计方案。采用双极化天线作为接收天线，经模拟接收机转换为中频信号，送至双极化信号采集板，由FPGA接收AD采样的数据进行处理并且保存至SDRAM，信号采集板主要设计信号调衰减电路，高速AD9226电路，电源电路等。由于方案体积小，成本低廉，测试精确，因此有研究的必要性。　　关键词：双极化天线；AltiumDesigner；信号采集；FPGA　　中图

2、分类号：TP274+.2文献标识码：A文章编号：2095-1302（2016）11-00-03　　0引言　　随着科学技术的飞速发展，天线的应用越来越广泛，因此在电子测量、雷达等领域对数据采集、传输速率要求的提高利于高速信号处理技术的快速发展。随着各方面要求的提高，测试系统不仅要完成对整个系统的控制，还要对各分系统进行检测、分析。5　　传统的信号采集板卡一般使用微控制器控制ADC，然而微控制器的时钟频率低且通过软件编程进行数据采集，难以实现高速、高性能的双通道数据采集。因此本文提出一套针对双极化天线接收双极化信号的硬件电路设计方案[1]，并完成系统调试与性能测试，证实其稳定可靠，完全

3、满足设计要求。本文主要从双极化信号采集板的硬件电路设计以及FPGA的软件设计方案方面来实现双极化信号采集板的设计与测试验证。　　1双极化信号采集板系统结构　　该方案主要由双极化天线接收243MHz和406MHz信号，通过模拟接收机得到中频信号，AD采集板对中频信号进行采集，最后经FPGA处理。由于双极化信号有水平极化和垂直极化之分，故采用双通道采样电路。ADC的性能指标[2]必须满足设计要求，因此选用AD9226高速A/D芯片。该芯片理论上最高采样率可达65MSPS，采用12位双通道高速采集端。双极化采样电路主要硬件设计如图1所示。　　2关键硬件模块设计　　2.1信号衰减电路　　衰

4、减电路的作用是将输入电压的范围（-5V+5V）变换到（1V3V）。电路采用145MHz的运算放大器AD8065，其性能优越，且AD8065电源电压的范围较宽，在5V24V之间，它的带宽为145MHz，可以只用一个电源供电。由于AD8065具有0.02%的差分增益和0.02度的相位误差等优势，因此AD8065是该电路的最佳选择。该电路首先通过两级TL072构成的电压跟随器和由AD8065构成的减法运算电路[3]。在电路中，D4、D5起输入电压保护作用，由AD8065构成的减法运算电路的+IN接的下拉电阻R30为2kΩ，输入电阻R6为18kΩ，-IN接的输入电阻R18为2kΩ，反馈电阻

5、R17为　　2kΩ5。V6B为两级电压跟随器的最后输出，衰减电路需满足公式（2）。AD8065构成的衰减电路如图2所示。　　（1）　　计算可得：　　（2）　　2.2采样电路方案　　在A/D转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的，而输出的数字信号是离散的，所以转换只能在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号取样，然后再将这些取样值转换成输出的数字量[4]。我们选择的AD芯片是AD9226，在AD9226中，VREF是基准电压输出端口，可提供1V和2V两种基准电压，通过SENSE来选择，当SENSE与GND连接时，提供2V基准电压；当SENSE与VREF连接时，提供1V基准电压。我们选

6、择提供2V基准电压的连接方式。在电路中利用该2V基准电压来设计衰减电路，当AD9226配置为单端输入时，此时的输入电压为（+1V～+3V），在此模式下，VREF的基准电压为2V。AD9226的配置电路如图3所示。　　2.3电源电路　　由于该电路板需要3.3V电源以及-5V电源，3.3V电源可以采用5V电源通过AMS1117获得，由于AMS1117[5]是一个正向低压降稳压器，在1A电流下压降为1.2V，AMS1117内部集成过热保护和限流电路，是电池供电和便携式计算机供电的最佳选择。-55V通过MC34063A组成电压反向电路获得。该器件包含了DC/DC变换器所需要的主要功能的单片

7、控制电路且价格便宜，它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器、R-S触发器和大电流输出开关电路等组成。因此，该电源电路采用该芯片作为电源电路的设计方案。电源电路如图4所示。　　2.4PCB电路图布局　　一块好性能的PCB[6]离不开优秀的布局，在PCB设计中，只有先做好布局工作，才能完成后面的PCB布线工作。在PCB布局时，遵守以功能电路的核心组件为中心，保证零部件离电路板边缘的距离不小于2mm等规范。双极化信号采集板PCB图如图5所示。