基于ADC和FPGA脈沖信號測量的設計方案

　　2系統硬件電路設計

　　基于AD10200和FPGA芯片EP2S30F48414的脈沖信號測量系統的硬件電路原理如圖2所示。此系統的輸入信號要求為兩路正交信號，正交信號在基帶數字信號處理中經常要用到，它可以通過多種方法來實現，如模擬器件下變頻或者是數字正交下變頻等技術。IQ兩路正交信號的特點為幅度相仿，相位相差90度。AD采樣芯片負責將模擬信號轉換為數字信號；電源芯片用于為AD、FPGA和MAX232供電；晶振用于提供工作時鐘，選擇24.576 MHz晶振的原因是因為FPGA與計算機串口通信時還要實現一個模擬串口，而選用24.576 MHz可以剛好模擬出9600 bit／s的波特率，從而可減少誤碼率：外部復位可為FPGA提供外部復位信號。MAX232是一個常用的電平轉換芯片，可以將FPGA輸出的LVTTL 3.3 V電平轉換為串口電平，以便被計算機UART口所識別和接收。由以上芯片組成的系統工作頻率為100 MHz，可實現快速、高精度地脈寬和頻率測量。其中采樣芯片和FPGA的硬件連接圖如圖3所示。

　　3FPGA軟件設計

　　本系統中的時域參數測量和頻域參數測量工作由FPGA擔任，其輸入為正交信號兩路序列，輸出分別為脈寬(PW)、重復周期(Pri)和頻率(f)。FPGA中的數字信號處理流程如圖4所示。

　　圖中，I(n)和Q(n)為兩路正交信號序列；A (n)為幅度信息序列；為相位信息序列。

　　兩路正交信號I(n)和Q(n) 序列經過幅相解算后，即可得到幅度序列和相位序列。對于幅度序列，經過低通濾波和歸一化，可得到規則脈沖，再按時域參數測量原理得到PW和Pri；對于相位序列，按照頻率測量原理可得到頻率f；然后將PW、Pri及f值存人雙口RAM，再將所存數據通過模擬串口從FPGA的通用I／O口傳出，經MAX232電平轉換后輸入到計算機串口中，最后通過上位機顯示出來，以實現人機通信。

　　4結束語

　　本系統的輸入信號要求為正交信號，通常可用于通信和雷達信號的后端數字信號處理。本系統采用相位差分算法來計算頻率，運算簡單，FPGA速度可以優化到200 M本系統利用了采樣芯片和FPGA的高速性，從而實現了很高的測量精度和實時檢測的目的；由于采用模擬串口進行傳輸，故其抗干擾性能較好。