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多通道数字接收机的设计与实现

多通道数字接收机的设计与实现

点击数:7377 次   录入时间:03-04 12:01:16   整理:http://www.55dianzi.com   仪器仪表读写器



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    通过仿真可以看出,带宽越窄,阻带衰减越大,信噪比增益越高。但是当阻带衰减大于30 dB后,信噪比提升不明显。由于滤波器带宽越窄对信号能量的减少越多,所以滤波器的带宽不可以无限的小。
2.2.3 实现方法
    本系统实际处理中信号脉宽的范围为0.2~150 μs。根据信号脉宽的不同将信号分为3类,分别为0.2~1μs,1~10μs,10~150μs。根据不同的脉宽,设计采用了3种不同带宽的滤波器对信号进行滤波,分别是5 MHz、1 MHz、0.1 MHz。滤波器设计原理如图6所示。

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    为了减小FPGA资源占用率,采用滤波器复用的方式进行滤波器的设计,通过利用脉宽选择信号SEL(2.O)对各级滤波器进行选择,最终实现对不同脉宽类型的信号进行滤波;级间加入抽取模块降低数据速率,有利于数字滤波器的设计;每级输出Data1、Data2、Data3送入数据选择输出模块MUX,通过SEL(2.0)选择最终数据输出Data_out。各级滤波器的时钟采用PLL统一管理。
    通过采用使能信号EN1、EN2、EN3对滤波器进行控制,可以减小系统功耗。同时,采用滤波器复用的方式,可以极大地减少所需硬件资源。
    滤波器的实现是用Matlab提供的FDATool工具设计滤波器,将滤波器的系数导出,然后将其导入QuarutsII提供的IP核中。滤波器组级间抽取倍数要保证抽取后的信号频谱无混叠,抽取模块使用D触发器来实现即可,每个触发器的时钟、使能信号与下一级滤波器时钟以及使能信号保持一致。

3 实验结果
    脉宽匹配滤波器输出的I、Q信号经过CORDIC算法得到各路信号的相位,然后计算各路之间的相位差,得到以下实验结果。
    用信号源产生两路不同脉宽、150 MHz、相位差为0度的中频信号。对相位差进行提取,用Matlab对结果进行处理,计算每两路的相位差均值和标准差。实验结果见表2、表3和表4。表2为0.5μs的脉冲信号经过一级滤波器的实验结果。表3为2μs的脉冲信号经过第一级和第二级滤波器的实验结果,表4为20μs的脉冲信号经过全部三级滤波器的实验结果。


    从表2、3、4中可以看出本设计可以正确地给出各路信号之间的角度,并且信号经过的滤波器级数越多,相位差的标准差就越小,说明脉宽匹配滤波器的使用提高了接收机输出信号的信噪比。

4 结论
    本文主要介绍了五通道数字接收机的软硬件实现方法,整个设计采用一片FPGA作为系统的处理核心,五路模拟信号通过A/D芯片同步采样送到FPGA。本系统主要采用基于多相滤波的正交变换理论,使用CORDIC以及FPGA中的IP核搭建软件设计模块,正交变换后面加入了脉宽匹配滤波器的设计,提高了输出信号的信噪比。实验结果表明,系统具有精度高、结构简单等性能。



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