摘 要:本文基于工程项目,主要对FMCW雷达信号采集系统的设计进行研究.介绍了一种基于AD9233高速模数转换芯片,结合FPGA并行采样的高速数据采集系统,描述了系统的基本结构,并对模数转换理论进行了重点分析.
关 键 词 :高速 采样 AD9233
中图分类号:TN792 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)09(a)0034-01
雷达通过向特定方向辐射电磁波,再从接收的信号中将目标的回波信号检测出来,从而判断目标的角度,距离,形状等信息.雷达目标的检测一般是在十分复杂的电磁环境下进行的,接收信号不仅含有目标回波,还含有大量的干扰噪声.随着数字信号处理理论的不断发展,雷达信号数字接收机技术日益成为雷达技术发展的重点.雷达的数字接收机主要包含数字采样部分和信号处理部分.本文主要对雷达信号的高速采样电路进行研究设计.
1.A/D采样电路与噪声的关系
对于雷达接收机中频的接收的模拟信号,要将其转化成数字信号,需要采样和量化.当采用B位的A/D进行量化时,量化的总选择数将为,当采用补码进行量化时,其量化范围为(,),其量化范围在正负区间内是不对称的,其动态范围为量化的最大幅度值与最小幅度值之比,则以dB表示为:
(1)
当雷达的回波不含有目标信息和杂波信息时,其中频信号完全由接收系统的噪声组成.有时目标回波过于微弱时,就会导致中频的目标信号低于噪声信号.此时,如果A/D的最小量化步长过大,则A/D就会检测不到噪声信号,信号的信息就会丢失.设接收到的中频信号y[n]为零均值,标准差为σ的高斯白噪声.于是,A/D的输出为输入信号和量化器误差之和:
(2)
上式中,为A/D的采样的误差,它在区间内均匀分布,则信号与A/D的量化噪声比为:
(3)
当A/D的输入信号是标准差为的白噪声时,A/D的输出方差为.定义变量,于是,用A/D的输入端噪声功率进行归一化的A/D的输出端噪声功率为 (4)
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在选择A/D的位数时,希望,即A/D的步长选择没有使噪声功率有很大的增长.
2.A/D采样电路设计
根据以上讨论,本设计选用AD公司的高性能模数转换芯片AD9233,AD9233具有12位的转换精度,125MSPS的转换速度.它采用多级差分流水线架构,内置输出纠错逻辑,在125MSPS数据速率,可保证在整个工作温度范围内无失码.其内部结构如图1所示.
AD9233采用1.8V单电源供电,而数字输出驱动器采用一个独立的电源供电,以适应1.8V至3.3V逻辑.其数据输出有三种格式,分别为:偏移二进制、格雷码和二进制补码.其时序图如图2所示:
3.结语
本文主要对数字接收机的高速数据采集部分进行了理论分析与设计,实测结果表明,此设计具有良好的采样性能.