四通道GSps高速數(shù)字接收機(jī)設(shè)計(jì).pdf

1、目前世界各國(guó)在天文觀測(cè)領(lǐng)域發(fā)展迅速，多通道RSR(Radio Science Receiver)接收機(jī)是天文觀測(cè)中的關(guān)鍵性設(shè)備，在搜尋地外文明、探索未知星體方面發(fā)揮了重要作用。
　　 本文的目標(biāo)是完成四通道的GSps高速RSR的硬件設(shè)計(jì)以及RSR眾多應(yīng)用之一能譜儀的設(shè)計(jì)。主要完成了以下內(nèi)容。首先是系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，在參考了國(guó)內(nèi)外RSR接收機(jī)的設(shè)計(jì)方案后，提出了直接對(duì)射頻前端輸出的信號(hào)進(jìn)行采樣量化從而進(jìn)行數(shù)字下變頻的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。按

2、照不同功能將整個(gè)RSR接收機(jī)劃分為三個(gè)單元:模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、數(shù)字處理與傳輸單元、系統(tǒng)底板單元。模數(shù)轉(zhuǎn)換單元具有四通道1.25GSps采樣率，單通道最高采樣率達(dá)到5GSps的工作模式。量化數(shù)據(jù)結(jié)果通過(guò)高速連接器輸出至數(shù)字處理與傳輸單元，該單元完成相應(yīng)數(shù)字信號(hào)處理之后可以通過(guò)高速數(shù)據(jù)接口傳輸至主機(jī)或者其它電路板塊。系統(tǒng)底板單元完成芯片控制、時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生、電源供給的功能。根據(jù)系統(tǒng)方案選取了合適的硬件平臺(tái):選用高穩(wěn)定度、低時(shí)鐘抖動(dòng)的時(shí)鐘芯片為系統(tǒng)

3、提供工作時(shí)鐘;選用Xilinx的FPGA作為數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)來(lái)完成高速信號(hào)的接收和下變頻處理;選用ARM11作為系統(tǒng)的控制平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)在兼容和擴(kuò)展的設(shè)計(jì)思想下完成硬件原理圖的設(shè)計(jì)。接著是RSR接收機(jī)眾多應(yīng)用之一能譜儀的設(shè)計(jì)，包括FFT模塊、幅值平方模塊、延時(shí)累加模塊、RAM模塊。FFT模塊以256MHz的時(shí)鐘頻率，通過(guò)流水線結(jié)構(gòu)完成256點(diǎn)的離散傅里葉變換，幅值平方模塊將FFT模塊輸出的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行取平方操作，延時(shí)累加模塊將幅值平方模

4、塊輸出的數(shù)據(jù)以256個(gè)數(shù)據(jù)為一幀，將1ms內(nèi)的1000幀數(shù)據(jù)進(jìn)行累加操作，最后將1000幀累加的數(shù)據(jù)進(jìn)行取平均操作得到一幀累加平均的數(shù)據(jù)，RAM用來(lái)存儲(chǔ)累加平均的數(shù)據(jù)以及毫秒計(jì)數(shù)值，RAM讀寫(xiě)模塊用來(lái)完成RAM的讀寫(xiě)操作控制。
　　 整個(gè)能譜儀電路數(shù)據(jù)輸入速率為256Mbps，每1ms產(chǎn)生一幀256個(gè)累加平均的功率數(shù)據(jù)和1個(gè)毫秒計(jì)數(shù)值，外設(shè)電路能夠以257kHz的時(shí)鐘頻率來(lái)讀取RAM中的數(shù)據(jù)。最后用Modelsim驗(yàn)證了能譜儀的