多通道数据采集卡的结构、有效量化位数分析及应用

引言

现代战争中，敌对双方电子对抗的实质是电磁频谱领域的对抗，谁掌握了电磁频谱的主动权，谁就掌握了电子战的主动权，所以，对信号频谱测量的意义不容忽视。信道化结构是频率测量领域的一种重要的接收机结构，在电子战领域中已经得到了广泛的应用。

各信道的模拟信号量化成数字信号是信道化接收机的重要环节。多通道数据采集卡的作用正是将模拟信号数字化，并对采样进行平滑，以提高信噪比。

1、多通道数据采集卡的结构

采集卡的输入信号为对数检波器输出的视频信号。视频信号首先经运放调整到a／d转换器的输入动态范围之内，a／d转换器将视频信号量化为10 bit的数字信号，每路数字信号经fpga（现场可编程门阵列）平滑后输出，多路数字信号由总线结构合并成一路10 bit的数字信号输出。

数据采集卡结构如图1所示。

a／d转换器选型为ad公司的ad9203，它具有以下特点：量化精度10 bit；最高采样率40 mhz；输入动态范围0～2 v；功耗74 mw（3 v供电，40 mhz采样率）。

fpga选用xilinx公司2005年推出的xc3s400-4pq208i，该芯片采用xilinx公司最成功的virtex-ⅱfpga架构，并采用90 nm和300 nm晶圆工艺生产，大大提高了性价比。内部时钟频率可达326 mhz，可提供8 064个逻辑单元，40万个系统门；支持多达17种单端接口标准和6种差分接口标准；高性能的内部存储器select ram结构，每块存储器容量18 kb，并且是完全的双口存储器结构；有专用的18 bit×18 bit乘法器模块和超前进位链（1ook-ahead carry）构成了高性能的算术处理功能；多达4个数字时钟管理器模块和8个全局时钟多路复用缓冲器，构成了内部高性能和丰富的时钟资源，从而可提供灵活的系统时钟解决方案。片内的数字化阻抗匹配技术和可编程输出电流（2 ma～24 ma），克服了因阻抗不匹配造成的系统不稳定性（信号完整性）问题。

因为有fpga的存在，使数据采集卡的功能非常灵活多样，a／d的采样结果在fpga中可进行多种信号处理，如对采样数据进行傅里叶变换、求算术均值、测量脉冲参数等。

本文仅从数据采集的角度对该采集卡进行分析并给出一些实验结果。

2、有效量化位数分析

ad9203的有效量化位数按下式计算：

式中：rsinad为对正弦波采样后数字信号的信号与噪声加失真之比，单位为db，可按图2所示方法获取rsinad。

数据采集卡的输入为1.4 mhz的正弦波，将量化结果输入到逻辑分析仪中，在软件labview7.0中编制fft程序，通过对正弦信号采样的fft得到信号频谱如图3所示。

读取rsinad为53，所以，n=（53-1.76）／6.02=8.5。即采集卡的有效量化位数为8.5位。

3、数据采集卡在信道化接收机中的应用

信道化接收机结构如图4所示。

射频信号经下变频器下变频到中频，中频信号经功分器分成n路，每一路分别经过不同中心频率的saw（声表面波）滤波器，形成n个信道，每一路信号检波后输出视频信号。

多通道数据采集卡将各信道的视频信号量化成数字信号，并在fpga中平滑后将结果提供给cpu（中央处理器）。图5、图6给出了采集卡对检波器输出的视频噪声信号量化并平滑后的结果。

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