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雷达信号处理中的ADC模块

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  在雷达信号处理系统中,需要对目标的回波进行采集与处理,检测出目标的精确位置,预测与跟踪目标的运动轨迹。雷达信号采集处理系统的设计需要解决系统在速度、精度、数据存储及处理等各方面的问题。目前,许多现有的高速数据采集处理系统都是采用DSP+FPGA协同控制来构建系统的基本结构。

  考虑到实际需要,该采集处理系统应具有以下功能:适应各种雷达的信号接口,实现对信号AD转换的控制,信号格式的极坐标向直角坐标转换,以及邻近单元的合并等一系列信号预处理的算法,将处理后的数字信号传送给DSP芯片进行更进一步的处理,然后送至上位机进行显示。

  系统硬件结构前端主要包括A/D转换电路、核心控制器FPGA,时钟电路。这里介绍A/D转换电路部分。

  A/D转换电路采用ADI公司的AD9054A芯片,AD9054A是一款8位单芯片模数转换器(ADC),专门针对高速、低功耗、小尺寸和易用性进行了优化。该器件提供200 MSPS编码速率和350 MHz全功率模拟带宽,非常适合要求最高动态性能的应用,足以满足对雷达视频信号采样的设计要求。AD9054A芯片在内部集成了采样/保持电路,可有效地降低孔径晃动带来的误差,同时减少了外围电路设计,降低了系统功耗。电路如图1所示

图 AD9054A转换电路

  由于AD9054A内部有一个基准电压,所以不需要另外对其进行调节,对于许多应用而言,AD9054A提供的内部基准源简单而又廉价。在电源与温度变化的条件下,它仍然具有适当的精度和优良的稳定性。

  基于AD9054A的多种特性,我们考虑利用单通道模式实现高速A/D转换。当工作于单通道模式时,DEMUX=高电平。在每个时钟的上升沿进行采样,其数据在时钟的第4个上升沿产生(4个周期的流水延时)。在时钟上升沿后,输出数据有效,并且一直保持到下一个时钟上升沿到来。AD9054A的模拟信号为双端差分输入,要求各端的输入幅度在1.8V-3.2V之间,差分信号的范围为+512mV。由于目前缺乏高速的差分输出放大器,为简便起见将VREFOUT引脚接到VREF IN上,内部基准源可用于驱动外部负载,同时在输入模拟信号通道上也加上这个电平,输入到AIN+上,将输入信号调整到AD9054A要求的电压范围。

  在接地技术上,高速数字采集系统的模拟地和数字地严格分开,最后单点共地。共地点位置选择相当重要,通常应选择到ADC 芯片管脚所需电流最大的位置,这样可以使大电流对地回流最近,避免对模拟电路的干扰,提高系统的采集精度。