一種高精度中頻信號數據采集卡的硬件設計

0 引言
傳統數據采集卡的主要功能是完成對模擬信號的基帶數字化。由于數字化是在基帶進行，其下變頻、濾波全部采用模擬方式，因此，對于不同頻段、不同調制方式的通信系統，應當對應專門的硬件結構，但這樣的系統缺乏靈活性，且隨著系統采樣率和采樣精度的提高，對數據實時性傳輸也帶來了很大的困難。
軟件無線電(software radio)是近年來隨著微電子及計算機技術應運而生的一種新的無線電技術，理想的軟件無線電系統強調體系結構的開放性和可編程性，專注于減少靈活性差的硬件電路，并把數字化處理(A／D)盡量靠近天線，力求通過軟件的更新來改變硬件的配置結構，以求解決傳統數據采集卡存在的問題。
結合軟件無線電思想，可將AD采樣后得到的數據直接送入數字下變頻器，然后通過FPGA程序的改變來實現對數字下變頻器內部寄存器的重新配置，從而完成數字下變頻功能，該方法既提高了系統的靈活性，又能很好的滿足系統對數據傳輸的高實時性要求。

1 傳統數據采集卡的特點與缺陷
傳統數據采集卡的結構一般如圖l所示。傳統數據采集卡的特點是先對模擬輸入信號進行模擬混頻正交解調，混頻后的信號經模擬低通濾波器后再進行AD采樣。由于兩路模擬乘法器以及低通濾波器難以達到一致，因此，采樣后得到的I、Q兩路信道間的幅度往往不平衡，相位正交誤差較大。同時，隨著模擬輸入頻率的增加，對于模擬低通濾波器、AD器件的采樣率設計要求也越來越高。另外，隨著采樣率和采樣精度的提高，現有的PCI、PCI―E等接口規范，其數據傳輸速率也難以達到設計要求。

2 新型數據采集卡設計思想
數據采集作為數字接收機的重要組成部分，其在處理帶寬和數據傳輸速率方面應當具有很好的靈活性和可擴展性，而傳統的數據采集卡難以滿足這些要求。基于數字信號處理的優點，是將模擬中頻輸入先進行AD采樣，采樣后得到的數據再送入數字下變頻器件進行數字下變頻處理后，再通過PCI總線將數據讀入上位機。圖2所示為新型數據采集卡的結構框圖。

同模擬I、Q正交解調相比，數字I、Q不僅省掉了一個ADC，更為重要的是，兩個支路的乘法器、濾波器功能均可在數字域內通過算法的編寫靈活實現，并可完全做到一致，從而有效地提高了鏡像抑制比，且數字濾波性能也高于模擬濾波器。同時，將采樣數據經過數字下變頻器進行下變頻處理，也可以降低數據流速率，從而滿足對后續數據實時性處理的要求。因此，在中頻、甚至射頻對輸入信號進行數字化，對數據采集系統的研制具有重要意義。