【国产虚拟仪器】基于ZYNQ7045+V7 FPGA的多通道数据同步采集设计方案（二）_基于zynq的adc采样

多通道数据采集电路主要流程为实现4路模拟信号接收，通过模数转换、信 号处理后的数据经过光纤传输到总站。多通道数据采集电路由模拟信号采集单元、 数字信号处理单元和信号转接板构成，组成框图如图4-1所示。

为了对带宽内的多个关键频点进行侦察监测，数字信号处理单元使用4片模 数转换芯片ADRV9009的8个接收通道，4路模拟信号处理电路功分为8路与ADC 的8路输入相连，实现了单片ADC可以对带宽内的两个关键频点的重点监控。每 个频点都存在4路同步接收，降低信号处理难度，提高运算精度。 
数字信号处理单元内置1片XC7Z045和1片XC7VX690T提供电路控制和数 字信号处理能力。信号转接板主要完成模拟信号采集单元、数字信号处理单元和 电源模块之间的供电连接以及信号互联与功能拓展。电源模块实现交流220V到直 流24V的转化，并通过DCDC+LDO模式为各单元供电。 
单路信号的采集处理流程如图4-2所示，模拟信号经模拟信号采集电路完成滤 波、放大、功分，进入ADRV9009模数转换芯片。经过ADRV9009内置的LNA， 由内置的本地振荡器(LO)完成对模拟信号的零中频转换。再由I/Q调制模块完成相 位转换得到I/Q两路信号输出，接着通过ADC完成采样，最终得到的I/Q两路信 号经过FIR滤波器后输出至XC7VX690T。

 数据到达XC7VX690T后，对其做进一步的预处理、解调处理及组帧等，然 后将数据信息通过Rapid IO接口传输至XC7Z045，由XC7Z045完成信号解码、 分选、关联操作，并通过千兆以太网接口将处理结果或全脉冲参数传给上位机分 析处理。 
XC7Z045为整个接收链路的控制中枢，完成对模拟信号采集单元及数字信号 处理单元的控制，调节输入通道滤波器的带宽，调节增益模式及增益大小，调节 ADRV9009本振的输出，调节各级采样率等。

4.2 模拟信号采集电路设计  4.2.1 设计原理框图 
模拟信号采集单元原理设计框图如图4-3所示。

模拟信号采集单元是对4路模拟信号预选，提供滤波、增益和耦合校正功能， 随后功分为8路模拟信号，馈入数字信号处理单元。内部集成GPS接收机，为输 出的数据打上时标，同时实现定位和寻北功能，单片机实现对模拟信号处理芯片 的配置。通过转接板与数字信号处理单元互联，实现XC7Z045对单片机的控制与 XC7VX690T对GPS信号的分析。  4.2.2 模拟信号采集电路设计 
模拟信号采集电路包含4路调理通道，主要实现4路700MHz-1600MHz频段 信号的接收，单个模拟信号链路原理框图如图4-4所示。

 模拟信号经防雷电路后，首先通过限幅器限制大功率信号输入，再通过二选 一开关，开关主要用于切换校准信号到主信号链路上。然后通过滤波器和低噪放 的杂散抑制和信号增大后输出到数字信号处理电路。校准信号作用是ADRV9009 发射校准信号，校准四路接收链路相位误差，通过数字补偿达到相位一致性的目 的。 
(1)防雷管 
防雷电路采用气体放电管设计，在模拟信号采集电路输入端增加气体放电管 防护，这样既可以做到防雷击，又对静电有防护，本设计选用littelfuse公司生产 的SG75放电管，具体参数如表4-1所示。

从表4-1可以看出，放电管可以承受650V的脉冲电压和2000A瞬时电流。输 入插损在1.6GHz时为0.5dB。 
(2)限幅器 
限幅器是为了防止大功率信号输入电路，造成后级芯片损坏，限幅器选用的 是MACOM公司的MADL-011021-14150T芯片，具体参数如表4-2所示。

 测试步骤 
1) 电路板上电，电流正常时开始测试。  2) 打开VAVIDO软件，加载8MHz带宽测试比特。 
3) 信号源输出单音频点1004MHz，功率-20dBm信号源，通过同轴线缆接到
板卡RF1口。 
4) ADRV9009配置软件配置ADC本振为1000MHz，抓取RF1信号，分析频
谱，观察是否抓取到目标信号。 
5) 加载200MHz带宽测试比特，信号源更改单音频点为1100MHz。  6) ADRV9009配置软件配置本振为1000MHz，抓取RF1信号，分析频谱，
观察是否抓取到目标信号。 
7) 同理，信号源连接到RF2~8口，重复2~6步骤，测试剩余7个通道的瞬
时侦收带宽。 

5.3.2.1 接收机灵敏度测试 
A、测试原理与方案 
接收机灵敏度指的是小信号的接收能力，接收机灵敏度与噪声系数、接收带 宽、解调信噪比有关。按照设计要求，当信号带宽为10MHz，解调信噪比为8dB 时接收机灵敏度应优于-87dBm。测试方案：设备输入带宽信号，通过频谱分析， 寻找满足8dB信噪比时的最小信号输入功率。 
B、测试步骤 
1) 上电后等待系统初始化完成。 
2) 打开VAVIDO软件，加载10MHz带宽测试比特。 
3) 信号源输出带宽为10MHz，频点为700M，功率为-87dBm的信号。信号
源通过同轴线缆接到XS1口。 
4) ADRV9009配置软件配置ADC本振为700MHz，通道增益最大。  5) VIVADO采集信号，用频谱软件分析RF1/RF2频谱，观察信噪比是否大于8dB，若大于8dB，则以0.5dB的步进降低信号源输出功率，直到信噪 比为8dB时，记录此时信号功率。若小于8dB，则以0.5dB的步进增加信 号源输入功率。记录大于8dB时信号源输入信号功率。  6) 更改信号源输入频点，同理测试1100MHz、1600MHz频点接收机灵敏度。  7) 同样的方法，测试RF3~8的线性输入电平。  C、测试结果与分析