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通信工程专业数据采集系统中英文资料外文翻译文献

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高速数据采集系统的设计

摘要：为满足雷达信号采集的要求，设计了一种基于PCI总线的12bit100MS/s的数据

采集系统。该系统可实现6GB数据的实时采集和存储。可编程逻辑器件控制数据收集，

存储和传输。使用PCI主模式的PCI数据传输，传输速率达到60M字节/秒，（30兆赫

的模拟信号）收集到的信号的信噪比可以达到55dB。

关键词：PCI控制器;可编程器件;抖动。

1.总述

随着通信，雷达等领域的快速发展，所需处理模拟信号的带宽和动态范围也越来越大，

DAC采样速度和精度要求越来越高。高速度和高精度的数据收集所需的存储器带宽变

得越来越大，因此，如何提高数据存储器带宽已经成为高速数据采集系统设计的瓶颈之

一。

雷达系统的数据采集系统时钟采样频率要求是至少100兆赫，对至少10位DAC分

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频。而现有的计算机系统满足不了雷达系统的实时传输的要求。但雷达信号的有用信息

只占其中一小部分。如图1，因此，只要将有用信息采集和储存，则可实现雷达信号样

本实时存储。

图1

根据雷达信号采集和存储的特性，本文设计一个12bit100MS/s的数据采集系统。该系

统采用了PCI总线连接到计算机，数据采集系统利用板卡大容量信息对有用信息进行实

时处理，数据采集由系统外部出发信号控制。

2.数据采集卡框架

整个采集系统分为以下四个部分：模拟信号调制部分，时钟脉冲处理模块，数据缓存

模块，数据传输和触发模块。如图2所示。

图2

2.1模拟信号调制

模拟信号的调制包括：模拟信号前放，信号数控增益，单端转差分布。模模拟信号

前置运放采用AD9631实现输入信号的阻抗匹配及信号的低通滤波。在一个雷达系统中，

从不同的雷达站收集扫描目标的雷达信号振幅是不同的，并且为了提高采集系统的信噪

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比，应使ADC的模拟输入信号的幅度接近满幅。所以将一个压控增益运算放大器AD603

芯片加到前置运算放大器之后，以调节ADC输入信号的范围。电压控制AD603的增益

芯片的模拟带宽在90MHz时，增益范围-11dB一30dB。由一片8位DAC芯片产生

压控芯片的的增益电压，DAC的芯片选择MAX503MAXIM公司出品，芯片数字输入

由FPGA控制和产生。数据采集系统的ADC是由AD公司12位100兆赫AD9432的

芯片，该模拟信号为45MHz仍然具有65dB的信噪比。由于该ADC模拟信号为差分输

入差，因此,从压控增益芯片AD603输出的模拟信号经过单端转差分芯片AD8138连接

到ADC芯片上，从ADC输出的12bit数字信号直接连接到FPGA芯片上。

2.2时钟模块

为了增加所述采集系统的灵活性和通用性，该ADC采样时钟芯片可以是从外部时

钟，也可以从内部时钟。采样时钟的选择由板卡跳线器决定。外部时钟通过SMA连接

器连接到电路板上，外部时钟信号为TTL电平，由于ADC的采样时钟需要PECL电平，

因此，外部时钟时钟由PECL电平转换芯片MClOELl6连接到时钟选择模块。ADC的

内部时钟是由该系统的数控时钟模块生产。时钟模块选择频率合成器是NCSY89429。

时钟输出的范围在25兆赫至400兆赫之间，用于PECL输出信号，可直接连接到ADC

的采样时钟。该频率合成器的时钟输出可被芯片的11位数字信号控制，可以精确调节

输出时钟精度至1兆赫兹。11数字信号由FPGA控制。在数据采集系统中，特别是在

高速数据采集系统，该时钟是一个非常重要的信号，不同时钟抖动相差较大。当采集系

统的输入模拟信号带宽较大时，在计算采集系统的信噪比时钟抖动不能被忽略