一种高频高可靠性的信号采样和相关处理系统.docx

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1、种高频高可靠性的信号采样和相关处理系统摘要：为同时完成4个StokeS矢量参数的相关测量，反演海面风场，提出了新型数字相关器的设计方法。结合高速数字相关器在数字极化辐射计中的应用，介绍了高速数据采样和相关处理系统。通过两片高速A/D转换器(ADeO8D1500)同步采样四路信号,采样结果通过Xi1inX公司新一代现场可缄程门阵列(FPGA)TirteX5芯片作相关运算,相关结果通过串口上传到计算机,详细介绍了系统各个部分的接旦电路和时序控制的设计。系统可以实现四路信号最高1.园HZ采样率的相关计算。引言海洋表面风场的研究在气象学、海洋学、气候学中有着极其重要的意义。全极化辐射计的新技术特点是，

2、同时使用多路相关技术，对水平和垂直极化信号进行相关处理，产生反演海面风场模型所需的参量。修正的StokeS矢量可以用来描述空间中辐射场的二阶统计特性。修正的StokeS矢量中的元素以亮温K作为单位，如下式所示。r;T-Tky45T1T.EIu区FIE一瓜I?2Rc式中波长.介质阻抗.BOItzmann常数。参数工和公,是垂直和水平极化的亮温,他们的卞就曼舍翼里先温S其他两个参数包含了辅射场极化特性自Z值:通过垂直和水平极化两路信号的相关运算可以得到4个StOkeS参数。目前应用的极化辐射计，大多用摸拟相关器。但是随着对风场测量精度的要求越来越高，模拟乘法器件已经满足不了要求。数字极化辐射计是指

3、利用数字相关器来实现两个极化通道的自相关和互相关处理。数字相关器与模拟相关器相比，主要特点是能够用资源换速度，利用超大规模集成电路技术实现全并行宽带数字相关处理。数字相关器对模拟信号进行采样，然后量化的数据作相关运算。根据乃奎斯特采样定律，采样频率必须大于等于两倍被采样信号带宽，才能避免信息的损失。这就使得采样电路工作在很高的频率上，对电路的精度和可靠性提出了很高的要求。本文介绍了一种高频高可靠性的信号采样和相关处理系统。本系统中高速C采用NS公司的ADCO8D1500,它具有高精度和低功耗等优点，可以工作在最高采样率15GHz。FPGA芯片具有体积小，集成度高，功耗低等特点。数据接收和相关计

4、算以FPGA为核心完成。1数字相关器设计方案信号采集模块中，两片ADeO8D1500同时完成四路信号的采样。ADC输出数据为1VDS模式，单个ADC位宽32bit,采用并行输出。采用Xi1inX公司FPGA-VirtexS实现对2个ADC输出数据的接收和相关运算处理。FPGA还要实现对两个ADC的复位控制，同步复位可以触发两个ADC同步工作。本方案设计中采用高速时钟驱动器AD9514对采样时钟进行驱动，确保到达两路ADC的采样时钟信号的相位一致性。FPGA计算的相关结果通过串口上传到PC机。系统框图如图1所示。MAX811图1系统结构框架RESET工作指小灯2ADC及外围电路2.1 ADCAD

5、C采用两片ADCO8D1500芯片。美国国家半导体公司的高速ADC-ADC08D15003是一款高性能的模/数转换芯片，典型功耗1.9W。本数字相关器中，每个通道采样率15GHz,8bit分辨率，全功率带宽17GHz。通过管脚配置设定输入峰峰值为870Mv.ADC上电231个采样时钟周期以后自动校准。DC1K送给外部器件来锁存数据。DC1K工作在以E传输模式。ADC内部做1：2demux,输出时钟为采样时钟的二分频。这种方式降低进入FPGA的时钟速率为采样频率的1/4,为高速相关计算提供方便。OR管脚为高电平，指示输入超出量程。将OR连接到FPGA并驱动FPGA的外接1ED。图2为ADC功能框

6、图。2.2 时钟控制ADC08D1500需要一个差分时钟输入。两个ADC的采样时钟需要严格同步，以达到其幅相一致性的要求。设计中时钟通过时钟驱动AD9514分出两路同相差分时钟。ADI公司的高性能时钟驱动堇JW9514输入电平为1VPEe1、1VDS,输出信号为1VPEC1、1VDS、CMOS电平。采用两路1VPEC1电平输出交流耦合到两片ADC,最高输出1.6GHz频率，如图3所示为其1VPEe1输出端电路。1o-v2.3ADC复位两个ADC的同步复位是保证ADC同步工作的主要方法。DC1K芯T是ADC的复位管脚。一个正脉冲可以复位和同步多片ADC的DC1K输出。复位信号必须持续4个采样时钟周期以上复位才有效。如图4所示，trpw至少为4个采样时钟周期。由FPGA控制DC1KRST管脚实现对两片ADC的同时复位。恢复时间Tad为3.5ns0