基于ADC和FPGA脉冲信号测量的设计方案

　　2系统硬件电路设计

　　基于AD10200和FPGA芯片EP2S30F48414的脉冲信号测量系统的硬件电路原理如图2所示。此系统的输入信号要求为两路正交信号，正交信号在基带数字信号处理中经常要用到，它可以通过多种方法来实现，如 模拟 器件下变频或者是数字正交下变频等技术。IQ两路正交信号的特点为幅度相仿，相位相差90度。AD采样芯片负责将模拟信号转换为数字信号；电源芯片用于为AD、FPGA和MAX232供电；晶振用于提供工作时钟，选择24.576 MHz晶振的原因是因为FPGA与计算机串口通信时还要实现一个模拟串口，而选用24.576 MHz可以刚好模拟出9600 bit／s的波特率，从而可减少误码率：外部复位可为FPGA提供外部复位信号。MAX232是一个常用的电平转换芯片，可以将FPGA输出的LVTTL 3.3 V电平转换为串口电平，以便被计算机UART口所识别和接收。由以上芯片组成的系统工作频率为100 MHz，可实现快速、高精度地脉宽和频率测量。其中采样芯片和FPGA的硬件连接图如图3所示。

　　3FPGA软件设计

　　本系统中的时域参数测量和频域参数测量工作由FPGA担任，其输入为正交信号两路序列，输出分别为脉宽(PW)、重复周期(Pri)和频率(f)。FPGA中的数字信号处理流程如图4所示。

　　图中，I(n)和Q(n)为两路正交信号序列；A (n)为幅度信息序列；为相位信息序列。

　　两路正交信号I(n)和Q(n) 序列经过幅相解算后，即可得到幅度序列和相位序列。对于幅度序列，经过低通滤波和归一化，可得到规则脉冲，再按时域参数测量原理得到PW和Pri；对于相位序列，按照频率测量原理可得到频率f；然后将PW、Pri及f值存人双口RAM，再将所存数据通过 模拟 串口从FPGA的通用I／O口传出，经MAX232电平转换后输入到计算机串口中，最后通过上位机显示出来，以实现人机通信。

　　4结束语

　　本系统的输入信号要求为正交信号，通常可用于通信和雷达信号的后端数字信号处理。本系统采用相位差分算法来计算频率，运算简单，FPGA速度可以优化到200 M本系统利用了采样芯片和FPGA的高速性，从而实现了很高的测量精度和实时检测的目的；由于采用模拟串口进行传输，故其抗干扰性能较好。