基于AD9481芯片的毫米波雷达信号采样系统设计
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2020-12-10
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基于基于AD9481芯片的毫米波雷达信号采样系统设计芯片的毫米波雷达信号采样系统设计
引言对毫米波雷达回波信号的处理一般可以分为数字采样和信号处理两部分，其中数字采样的精度和性能将直
接影响到信号处理得输出结果，因此，越来越多的雷达系统需要高带宽、高量化精度的A/D转换，毫米波雷达也
不例外，ADC是对雷达回波进行数字化处理得前端，是信号处理与外界信息相连的桥梁，其性能也是影响和制
约雷达整体性能的关键因素之一。由于雷达信号频带宽，动态范围大，数据处理实时性要求高，所以必须选择
高速A/D变换器，而AD9481频带宽，噪声低，转换速度快，尤其是差分信号动态性能突出，同时采用A、B两路
输出的结构，提供有2个彼此反相的时钟（DCO+和DCO-），以便后续设备锁存数据。因此，其数据输出速率降
引言引言
对毫米波雷达回波信号的处理一般可以分为数字采样和信号处理两部分，其中数字采样的精度和性能将直接影响到信号处理得
输出结果，因此，越来越多的雷达系统需要高带宽、高量化精度的A/D转换，毫米波雷达也不例外，ADC是对雷达回波进行数
字化处理得前端，是信号处理与外界信息相连的桥梁，其性能也是影响和制约雷达整体性能的关键因素之一。
由于雷达信号频带宽，动态范围大，数据处理实时性要求高，所以必须选择高速A/D变换器，而AD9481频带宽，噪声低，转
换速度快，尤其是差分信号动态性能突出，同时采用A、B两路输出的结构，提供有2个彼此反相的时钟（DCO+和DCO-），
以便后续设备锁存数据。因此，其数据输出速率降低了一倍，从而降低了对存储器的读写速度要求，由此可见，选用此芯片进
行采样系统的设计有着重要的现实意义。
系统结构和工作原理系统结构和工作原理
本系统是基于某毫米波测量雷达，该雷达接收机可输出正交的I、Q双通道零中频、200MHz带宽的模拟信号，以及220MHz采
样时钟信号和推移信号。整个数字采样系统由AD9481芯片、CPLD和CPCI总线构成，其中多路数据的传输采用FIFO缓存，双
通道高速采样的难度在于要在较高采样频率基础上，应保持I、 Q两个通道的同步，当两个通道的数据采样不同步时，数据采
样系统将严重影响后端雷达信号的处理精度，甚至影响雷达信号处理得正确性，综合以上要求，本采样系统主要依靠CPLD来
控制采样时序，这样可以方便硬件系统的调试，图1给出了双通道雷达回波信号采样系统的结构框图。
雷达I、Q通道回波信号输入采样系统后，先经过运放AD8138变为采样芯片AD9481需要的差分输入信号，220MHz的采样时钟
经过2分频后分别输入两个AD9481，AD9481对输入信号进行AD变换后，即以110MHz时钟分两路输出相反的时钟信号，并在
CPLD控制下经过锁存写入两路 FIFO。由于每路输出数据是8bit，因此，对于I、Q通道的采样数据在其从FIFO输出后应经过
CPLD将两路数据合并成16bit，然后再通过 CPCI总线的J4接口输入到雷达信号处理系统，同时通过S5933输入到PCI总线，
其中向PCI总线的传输主要是为了调试过程中的数据控制。
双通道高速采样同步时序控制设计双通道高速采样同步时序控制设计
图2 所示是AD9481的工作时序，从图中可以看出，其DCO时钟是互相反相的，DCO-时钟对应的数据输出通道是A通
道，DCO+时钟对应的通道是B通道，对于采集时钟信号来说，B通道的数据要比A通道的数据晚一个周期，而对于输出的
DCO时钟来说，B通道的数据要比A通道晚半个周期。由于数据是交叉式输出的，其顺序不会改变，因此，对于双通道数字采
样的同步问题，可以由后端不同通道的FIFO缓存来实现数据的排序。
本系统中的两个AD9481分4个通道输出数据，为了配合CPLD控制FIFO来实现输出数据的同步，输出的8bit数据应先经过锁存
器 74LVT574，然后进入各自通道的FIFO来实现存储，AD9481的输出时钟DCO可经过异或门74VCX86加到各自通道的FIFO
上，其连接结构如图3所示。
对于每一路采样系统，将DCO-和CPLD输出的锁存有效信号相异或，便可得到输出A通道锁存74LVT574的输入时钟，而将
DCO+和CPLD 输出的锁存有效信号相异或，就可以得到输出B通道锁存74LVT574的输入时钟，将DCO-和CPLD输出的FIFO
有效信号相异或，即可得到输出A通道FIFO的写入时钟，DCO+和CPLD输出的FIFO有效信号相异或，就会得到输出B通道
FIFO的写入时钟，采用这样的设计，只需更改CPLD输出的有效信号就可以控制每一路时钟和数据的传输状态，并可充分利用
CPLD便于更改程序的优势来控制两路采集的同步，从而方便设计过程中的调试。
整个双通道数字采样的逻辑控制可由一片Altera公司生产的MAX3000系列CPLD完成，其型号为EPM3256-10，速度为10ns。
事实上，系统的逻辑控制主要用于完成以下功能：
◆ 完成S5933的启动及配置；
◆ 通过控制AD9481的DS信号，来实现对采集过程的控制；
◆ 通过控制4个通道中的锁存和异或门，来实现对采集过程中单通道内部和双通道数据之间的同步控制；
◆ 通过控制FIFO的写使能和写时钟，实现对FIFO状态及传输数据的控制；
◆ 在4个FIFO的输出端完成双通道中8bit数据合成16bit数据的工作；
资源评论
莫少儒2023-07-27总体而言，这个文件系统地展示了基于AD9481芯片的毫米波雷达信号采样系统设计的流程和方法，是一个值得阅读和学习的优秀文献。
郑华滨2023-07-27文件中的实验数据经过严格的分析和验证，可靠性较高，对于系统的性能评估提供了重要参考依据。
鲸阮2023-07-27作者在文件中提出了一些新颖的思路和解决方案，对于系统设计的改进和优化具有一定的启示作用。
深层动力2023-07-27该文件的理论基础扎实，结合具体案例，很好地演示了AD9481芯片在毫米波雷达信号采样中的应用潜力。
西门镜湖2023-07-27这个文件详细介绍了基于AD9481芯片的毫米波雷达信号采样系统设计，对于相关领域的研究者和工程师具有很高的参考价值。
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