软件无线电用高性能模拟数字转换模块设计与实现

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本文研究的主要任务是应用软件无线电的研究方法,研制基于VXI总线技术的频谱监测接收机,要求该接收机能够在20MHz到3GHz的频谱范围进行快速扫描监测,并通过DSP技术对扫描频谱进行量化分析,找出异常频点,并用软件在保证系统硬件结构不变的情况下,对指定频点进行解调分析。整个系统强调软件无线电技术的应用,保证系统具有较强的未来适应性。 为了实现上述目标,作为整个监测接收机系统的重要组成部分,模拟数字转换模块主要完成中频数字化的功能。本系统中,由于输入信号的带宽和中心频率较高,模拟信号在进行数字化之前需要进行信号调理。为了实现高性能的模拟信号调理通道,本系统的实现采用了全差分结构的放大器组。单端信号输入首先经AD8318转化成差分信号,该差分信号能够通过程控放大器进行放大或衰减。为了能够较好的驱动模拟数字转换器,并考虑到系统今后的通用性能,本系统在模拟信号进入转换器之前采用了AD8138进行直流耦合驱动。这种方案经过实测证明工作良好。 为了能给模拟数字转换器AD6644/AD9446提供一个低抖动的差分采样时钟,经过多种方案的实测,本系统最终采用了低抖动石英晶体振荡器和高频变压器配合的方法。由于变压器不引入新的噪声,因而成为采样时钟生成过程中单端到差分转换的良好选择。 宽带数字化监测接收机于对模拟数字转换器性能指标提出了较高的要求。模拟数字转换器性能指标主要包括最高采样率,工作频率,信噪比以及其他非线性指标等。在深入理解模拟数字转化器的性能指标的前提下,系统设计过程中,本文作者选用了ADI公司的AD6644/AD9446模拟数字转换器,并根据这类高性能转换器的要求设计了相应的外围电路。实践证明AD6644在本系统中的工作是正常的,经过理论计算AD9446的性能完全能够达到本系统的设计要求。 本系统中充分利用了FPGA在数字信号处理方面的优势。在系统设计阶段,考虑到系统扩展能力的需要,采用了Altera公司的Cyclone高性能FPGA进行转换数据的预处理,特别是展宽降速电路的设计和实现大大降低了对于后端DSP的端口速率要求。软件无线电强调体系结构的开放性和全面可编程性,通过软件的更新,不改变硬件的配置结构,实现新的功能。本系统正式在这样的思想指导下,采用VXI结构,模拟数字转换模块的是以VXI模块的形式实现的。
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