基于FPGA的高速AD轉(zhuǎn)換

摘要：在雷達(dá)設(shè)計(jì)中，需要對(duì)接收到的信號(hào)首先進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，其轉(zhuǎn)換速度和準(zhǔn)確性直接決定了之后FFT等運(yùn)算的準(zhǔn)確性，最終影響雷達(dá)測(cè)量精度。介紹了一種基于FPGA，利用芯片ADS7890實(shí)現(xiàn)一種快速14位串行AD轉(zhuǎn)換，對(duì)系統(tǒng)的軟件和硬件做了說明。硬件部分主要為ADS7890的基本外圍電路以及芯片EP2C35F672C與其的控制連接，軟件部分利用Quartus II 8．0編程。
關(guān)鍵詞：FPGA；雷達(dá)；AD轉(zhuǎn)換；ADS7890

當(dāng)前實(shí)時(shí)測(cè)距技術(shù)有超聲波測(cè)距、激光測(cè)距、雷達(dá)測(cè)距等。在原理上以上幾種測(cè)距方式類似，但毫米波雷達(dá)測(cè)距克服了其他幾種探測(cè)方式在運(yùn)用中的一些缺點(diǎn)。毫米波雷達(dá)有穩(wěn)定的探測(cè)性能，與光學(xué)相比，它不易受對(duì)象物表面形狀和顏色的影響，而與超聲波、紅外線相比，它不受大氣紊流的影響，且受雨、霧、雪、陽(yáng)光、灰塵等的干擾小。雷達(dá)接收到的信號(hào)為一調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，而隨著數(shù)字化的發(fā)展，在檢測(cè)、控制等領(lǐng)域，越來越多的模擬信號(hào)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。AD轉(zhuǎn)換即是將輸入的模擬信號(hào)以二進(jìn)制數(shù)字輸出的過程，根據(jù)香農(nóng)(Shannon)定理：如果隨時(shí)間變化的模擬信號(hào)的最高頻率為ω，只要按照采樣頻率ωs≥2ωmax進(jìn)行采樣，那么取出的樣品系列(f1*(t)、f2*(t)，…)就足以代表(或恢復(fù))f(t)。其主要包括采樣、保持、量化和編程4個(gè)過程。
對(duì)應(yīng)特定的應(yīng)用，AD轉(zhuǎn)換要求不同，在高頻雷達(dá)設(shè)計(jì)中，要求AD轉(zhuǎn)換有較高的轉(zhuǎn)換速度，才能實(shí)時(shí)測(cè)距；而最終雷達(dá)測(cè)距的精度，與AD轉(zhuǎn)換、FFT的位數(shù)有直接關(guān)系。一些自帶AD的單片機(jī)不僅數(shù)據(jù)處理速度慢，且AD位數(shù)也達(dá)不到要求，故本設(shè)計(jì)采用基于FPGA平臺(tái)，利用ADS78 90實(shí)現(xiàn)快速、高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換。

1 系統(tǒng)硬件電路
系統(tǒng)主要總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)采用ALTERA公司的芯片EP2C35F672C6為控制核心，對(duì)ADS7890進(jìn)行控制及轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)處理。雷達(dá)測(cè)距可采用雷達(dá)IVS-167，它是Innosent公司推出的一款I(lǐng)VS(Innosent VCO stereo)系列的K-波段帶VCO的雷達(dá)收發(fā)器。由于采用平面微帶天線結(jié)構(gòu)，且收發(fā)天線合一，使得其外形十分小巧，在工作中不僅節(jié)能省電，而且非常易于集成于各種電路，也易于在安裝環(huán)境中構(gòu)建模塊保護(hù)設(shè)施。
在本設(shè)計(jì)中，以雷達(dá)接收信號(hào)為模擬信號(hào)輸入，通過功放電路使輸入信號(hào)達(dá)到AD轉(zhuǎn)換芯片要求，再利用FPGA產(chǎn)生時(shí)序控制ADS7890串行發(fā)送數(shù)字信號(hào)的開始、結(jié)束，并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)處理后通過led顯示結(jié)果。
1．1 芯片ADS7890
ADS7890是一種高位快速AD轉(zhuǎn)換芯片，包含2．5 V內(nèi)部參考電壓的模擬14位串行AD轉(zhuǎn)換器，其最高采樣率為1．25 MSPS，具有48個(gè)引腳，可作為SPI或DSP接口。芯片中含省電設(shè)備，當(dāng)轉(zhuǎn)換速度較低時(shí)進(jìn)入省電模式。芯片可應(yīng)用于光電傳感器、電機(jī)電流／電壓傳感器、醫(yī)療檢測(cè)儀器、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。