结合FPGA与DSP实现对高速中频采样信号处理平台的设计详解可编程逻辑

鉴于上述现有技术所存在的问题，本设计平台的目的是：

（1）实现高速中频信号（如雷达信号）的数字化处理并进行实时传输数据或进行数据的实时计算，并能通过输出电路进行结果显示；

（2）自定义控制总线可以实现对高速中频信号处理板进行灵活控制，具有较强的可配置性和丰富的灵活性；

（3）高速A／D采样与D／A回放及数据处理单元集成在一块板上，在集成度高的同时也降低了高速信号在传输过程中出现差错的概率。

1．1高速A／D与D／A设计

两路高速D／A通道采用两片AD公司的AD9736实现，AD9736单通道14b，采样频率可达1200MSPS。两路高速D／A通路也利用一片FPGA作控制，实现通道间相位差的恒定。

1．2信号处理单元设计

信号处理单元包括FPGA和DSP两大部分。

FPGA部分主要由四片Virtex-4SX55组成，四片FPGA间实现有串行连接和相隔间的连接。FPGA电路主要是实现对高速A／D采集数据的预处理和高速D／A回放数据处理，并且控制高速A／D电路采样时钟的相位恒定与高速D／A电路采样时钟的相位恒定，同时也根据需要与相应的DSP进行数据交换或传递。FPGA电路上连接的光接口电路也可以实现与其他系统进行高速、实时的数据交换。

A／D采样之后的数字信号速率非常高，要从这些高速信号中得到有用的基带信号，需要有效地对其进行数字下变频、抽取、滤波等处理，这些功能都可以通过FPGA来实现。FPGA具有较高的处理速度和较高的稳定性，同时又具有设计灵活、易于修改和维护的优点，可以适应不同系统的要求，提高了系统的适用性及可扩展性。

主控制电路与信号处理单元电路和外部接口电路相连，其核心是一片规模较小的FPGA。它主要是控制信号处理单元的同步复位及工作控制，可以将从外部主机接收到信号传递给信号处理单元，也可将信号处理单元的有关信息传递到外部主机中。

1．4其他主要电路设计

决定平台性能的指标有多个，选取最主要的三个进行测试，结果如下。

2．1A／D采样的有效位数

2．2A／D通道间相位恒定

A／D通道间的相位恒定指标直接测试比较困难，在平台设计中已经保证了同一芯片两路A／D通道间的相位差是恒定的，只要测试两片A／D芯片输出时钟相位差是否恒定即可判定。表1中也显示了两片A／D器件输出时钟的相位差测试结果。

2．3DSP运算速度

通过上述测试结果可以看出，本平台设计合理，FPGA与DSP的结合使用，能充分发挥各自的优势，实现对高速、多路、海量信号的实时处理。另外，高度集成化设计，大大减少了平台所占用的空间体积，也使功耗大大减小。平台在兵器某所项目验证中，接入实际雷达信号进行测试，各项指标均达到了设计要求。