多通道數據采集卡在信道化接收機中的應用

引言

現代戰爭中，敵對雙方電子對抗的實質是電磁頻譜領域的對抗，誰掌握了電磁頻譜的主動權，誰就掌握了電子戰的主動權，所以，對信號頻譜測量的意義不容忽視。信道化結構是頻率測量領域的一種重要的接收機結構，在電子戰領域中已經得到了廣泛的應用。

各信道的模擬信號量化成數字信號是信道化接收機的重要環節。多通道數據采集卡的作用正是將模擬信號數字化，并對采樣進行平滑，以提高信噪比。

1 多通道數據采集卡的結構

采集卡的輸入信號為對數檢波器輸出的視頻信號。視頻信號首先經運放調整到a／d轉換器的輸入動態范圍之內，a／d轉換器將視頻信號量化為10 bit的數字信號，每路數字信號經fpga(現場可編程門陣列)平滑后輸出，多路數字信號由總線結構合并成一路10 bit的數字信號輸出。

數據采集卡結構如圖1所示。

a／d轉換器選型為ad公司的ad9203，它具有以下特點：量化精度10 bit；最高采樣率40 mhz；輸入動態范圍0～2 v；功耗74 mw(3 v供電，40 mhz采樣率)。

fpga選用xilinx公司2005年推出的xc3s400-4pq208i，該芯片采用xilinx公司最成功的virtex-ⅱfpga架構，并采用90 nm和300 nm晶圓工藝生產，大大提高了性價比。內部時鐘頻率可達326 mhz，可提供8 064個邏輯單元，40萬個系統門；支持多達17種單端接口標準和6種差分接口標準；高性能的內部存儲器select ram結構，每塊存儲器容量18 kb，并且是完全的雙口存儲器結構；有專用的18 bit×18 bit乘法器模塊和超前進位鏈(1ook-ahead carry)構成了高性能的算術處理功能；多達4個數字時鐘管理器模塊和8個全局時鐘多路復用緩沖器，構成了內部高性能和豐富的時鐘資源，從而可提供靈活的系統時鐘解決方案。片內的數字化阻抗匹配技術和可編程輸出電流(2 ma～24 ma)，克服了因阻抗不匹配造成的系統不穩定性(信號完整性)問題。

因為有fpga的存在，使數據采集卡的功能非常靈活多樣，a／d的采樣結果在fpga中可進行多種信號處理，如對采樣數據進行傅里葉變換、求算術均值、測量脈沖參數等。

本文僅從數據采集的角度對該采集卡進行分析并給出一些實驗結果。

2 有效量化位數分析

ad9203的有效量化位數按下式計算：

式中：rsinad為對正弦波采樣后數字信號的信號與噪聲加失真之比，單位為db，可按圖2所示方法獲取rsinad。

數據采集卡的輸入為1.4 mhz的正弦波，將量化結果輸入到邏輯分析儀中，在軟件labview7.0中編制fft程序，通過對正弦信號采樣的fft得到信號頻譜如圖3所示。

讀取rsinad為53，所以，n=(53-1.76)／6.02=8.5。即采集卡的有效量化位數為8.5位。

3 數據采集卡在信道化接收機中的應用

信道化接收機結構如圖4所示。

射頻信號經下變頻器下變頻到中頻，中頻信號經功分器分成n路，每一路分別經過不同中心頻率的saw(聲表面波)濾波器，形成n個信道，每一路信號檢波后輸出視頻信號。

多通道數據采集卡將各信道的視頻信號量化成數字信號，并在fpga中平滑后將結果提供給cpu(中央處理器)。圖5、圖6給出了采集卡對檢波器輸出的視頻噪聲信號量化并平滑后的結果。