摘要：针对某宽带雷达数字接纳机对带宽、动态、处理速度、多通道等目标的需求，规划了一种根据新式ADC器材AD9680的宽带高动态全数字雷达接纳机验证渠道。文中首要在树立的渠道上对AD9680进行全带宽形式和数字下变频形式的功用验证与成果剖析，根据剖析成果提出改进AD9680动态功用的计划;其次，对AD9680两个通道之间的同步性做了验证，并提出了一种针对双通道时刻差错的优化办法。各项成果表明，AD9680能满意某宽带雷达的运用需求。
要害词 AD9680;宽带雷达数字接纳机;JESD204B;数字下变频;双通道同步
现代雷达数字接纳机的特色是环境化、模块化，日益杂乱的电磁环境要求宽带数字接纳机有必要具有以下功用：大瞬时带宽、实时信号接纳、大动态规模、高灵敏度和频率分辩才能。根据软件无线电的宽带雷达数字接纳机射频前端经过专用ADC(Analog—to—DigitalConverter)芯片对射频信号直接采样，添加了射频前端的灵活性，减少了模仿环节。某雷达晋级改进要求体系的量化位数到达14位，采样率为1GSample·s-1，能从水平与笔直两个极化通道收集频段为1.2～1.4 GHz的射频信号。文献完成了等效采样速率可达10GSample·s-1的4通道数字式脉冲超宽带雷达信号接纳;文献完成了根据拼接采样技能的宽带数字接纳机，能对带宽1.2 GHz的模仿信号以采样率3.2 GSample·s-1采样;但其的量化位数均只要10位，能满意该雷达需求的数字接纳机未见报导。
本文选用由AD公司出产的新式ADC器材AD9680，该芯片具有两个数据输入通道，量化位数14 bit，采样率1GSample·s-1，支撑高达2 GSample·s-1的射频信号直接采样，且内部集成4个宽带抽取滤波器和12位数控振荡器(Numerically Controlled Oscillator，NCO)、选用JESD204B高速串行输出接口协议。不仅能满意某射频雷达对上述目标的需求，且还具有多频段接纳、小型化、低功耗的特色。
1 体系简介
为满意某宽带射频雷达的需求，规划了一款根据AD9680的仿真和验证渠道，该渠道由型号为AD9680—1000EBZ的AD9680收集板和型号为ADS7-V1EBZ的FPGA(Field Programm able Gate Array)载板组成。体系框图及硬件验证渠道如图1和图2所示。
2 功用验证、剖析与改进
首要是程序的编写，AD9680的高速串行协议JESD204B经过代码组同步、SYNCINB±、ILAS、用户数据和过错校对树立链路同步，输出串行线速率为每通道10 Ghit·s-1或5 Gbit·s-1。JESD204B链路树立的要害参数有：转换器数M、物理通道数L、每帧的8为字数F、每个多帧的帧数K以及转换器分辩率N和每个样本运用的位数N’，本体系根据以上参数进行串行线速率及FPGA GTX(Gigabit Transceiver X)参阅时钟装备。
2.1 全带宽形式
某雷达作业频段存在较强的搅扰，对ADC的瞬时动态要求较高，因而对ADC采样率和分辩率的要求也较高。所以本文在装备满量程信号输入、采样点数、SPI软复位、JESD20 4B要害参数值等后得到全带宽形式下的FPGA数字信号输出并对其进行ADC功用核算，成果如图3和图4所示。
图4中采样信号的频率规模由体系的3个带通滤波器决议，别离为260～460 MHz，1 170～1 290 MHz，1 570～1 610 MHz。射频数字化接纳机动态规划时要求接纳机模仿射频通道动态与接纳机输入信号及ADC的动态相匹配。这就要求接纳机增益规划时最大输入信号不致ADC 饱满，一起最小信号输入并经过射频前端增益扩大后能被ADC充沛量化。故本文在接纳机大线性动态规模规划时首要考虑合理分配接纳机各级增益和挑选动态规模大的器材。另经过剖析知调理电路输入端端接阻抗、模仿差分输入电压、输入缓冲电流可改进输出数据的动态功用。首要，合理的输入阻抗可满意驱动器、扩大器的端接需求，阻抗小的状况下模仿信号输入起伏减小，ADC功用变差，尽管谐波重量一起或许得到改进。其次，跟着信号频率的添加，恰当地减小模仿差分输入电压，添加输入缓冲电流，可到达按捺噪声重量，维护差分信号的线性，改进ADC动态功用的作用。实测进程中发现在某射频雷达所需的带宽1 200～1 400 MHz规模内，固定输入端接阻抗为400 Ω，模仿差分电压为1.46Vp-p，并恰当调理缓冲电流可得到最优的ADC功用。优化后的成果如图4所示，体系有用位数>8.4位，SFDR 值>64.5 dB，可满意实践项目中ADC器材选型一方面要到达特定目标需求，另一方面要具有较好的动态功用的要求。
2.2 下变频形式
射频数字化接纳机的变频和滤波等都在数字域完成，为了习惯不同频段信号接纳和信道化通道数的要求，本体系选用内置4个数字下变频器DDC0-DDC3的 AD9680对回波进行收集和处理。本文对AD9680在DDC形式下的功用进行验证、剖析和改进，详细进程如下：外部时钟输入后，经过设置DDC抽取倍数、NCO相位值、JESD204B要害功用参数等得到输入信号的FPGA数据输出，核算输出数据的ADC功用值并对其进行剖析和改进。部分频点抽取后频谱及功用如图5和图6所示。
跟着抽取倍数的进步，体系的重构速度变快。在经过AD9680内置的DDC模块后，频段为1.2～1.4CHz的信号其满量程FPGA数据输出SNR(Signal Noise Ratio)值可达63 dBFs，ENOB可达10位，可确保前端输入噪声加信号可以被ADC充沛量化。验证进程发现体系存在以下两个问题：在过采样和滤波条件下，DDC抱负SNR改进为
，即2倍抽取时抱负SNR和全带宽形式附近，在2倍抽取的基础上抽取倍数每进步一倍，相应复数输出数据或上变频后实数输出数据的抱负SNR功用值进步3 dB，而图6中SNR功用值实践只进步了约2.5 dB;部分频点2倍抽取时功用显着偏低，如图6中的1 601 MHz输入信号。剖析可知，影响问题1的首要要素是滤波器的功用，影响问题2的首要要素是在2倍抽取的有用带宽规模内混入了杂波。
(1)体系在进行2n倍抽取时信号先后经过滤波器HB(n)，HB(n-1)…HB1，n=4，3，2，1，由此，HB1是滤波器的最终一级。本文以 HB1滤波器为例，剖析跟着抽取倍数的变大，实践SNR功用值应进步的起伏。体系选用的HB1滤波器有55个抽头系数，其滤波器呼应如图7所示。
2n倍抽取后信号带宽为fs/2n，图中滤波器在抗混叠按捺要求>85 dB时，维护带宽为fs/2n×38.9%，即(fs/2n×50%，fs/2n×61.1%)的噪声重量在必定程度上会混入 (fs/2n×38.9%，fs/2n×50%)。由图7可看出，滤波器在(fs/2n×50%，fs/2n×61.1%)这段频率规模的呼应近似为一条斜线，即近似滤除该频段一半的噪声重量。故2n倍抽取时HB1滤波器在前一级滤波器的基础上对性噪比的实践改进为
，即2.55 dB。实践中噪声重量不是肯定均匀的，某些点频信号的噪声重量或许存在偏大或偏小的状况，但实测成果与本文核算的实践SNR功用改进值不同较小。
(2)由前面的剖析知DDC2倍抽取的SNR功用值应稍大于全带宽形式，而图6中当输入信号为1601MHz时，2倍抽取的ADC功用值显着偏低。为此，对体系输入信号的DDC 2倍抽取进行Matlab仿真，发现2倍抽取功用变差的首要原因是镜像重量的混入：收集信号先后经过频率为fNCO的数控振荡器和半带抽取滤波器做数据输出。当信号与其的镜像重量与NCO进行运算后一起出现在滤波器HB1的通带内或镜像重量在HB1的过度带内时，滤波器无法将其滤除洁净，镜像重量混入2倍抽取后信号的有用带宽内，导致输出数据的ADC功用变差。为了完成某雷达频段的射频信号直接采样，有必要选用带通采样或欠采样，因而需选用模仿抗混叠滤波器来按捺其他奈奎斯特频带的搅扰或噪声，避免搅扰混叠或噪声折叠对输出信噪比的影响。
2.3 体系同步性验证
宽带雷达数字接纳机多个通道之间的相位差巨细决议后期成像质量的好坏。本体系刻苦分器将信号源输入在2 GHz以下的信号分红两路输送给ADS7-V1EBZ的通道A和通道B，对输入信号进行全带宽和数字下变频形式数据收集，选用正弦信号在时域上的自相关和互相关核算两个通道输出数据间的增益差错和时刻差错。剖析知延时差错由以下几个要素导致：(1)两个输入信号在电路板上的布线差异。(2)AD9680芯片内部两个通道问的差异。(3)信号经过功分器和接线后发生时刻差错。以上使两个通道输出数据相位和频率不完全同步的要素可经过下列办法进行改进：1)优化电路规划。2)调理NCO相位值。3)算出功分器和接线的推迟差错并将其去除。本文去除了由功分器和接线形成的推迟差错并对体系下变频的NCO相位值进行了调整，优化后的双通道推迟差错如表1所示。
其间，f0为输入信号频率;△tAB和GA/B别离为两个通道之间的时刻差错和增益差错。为减小对后期成像的影响，需消除雷达体系的通道相位失真，即在完成双通道回波的高速收集和处理的一起需求到达必定的相位共同条件。本规划的通道A和B别离对应某雷达的水平缓笔直两个极化通道，改进后的双通道延时差错在 45 ps以下，满意接纳机的运用需求。
3 结束语
本文经过剖析根据AD9680的宽带雷达数字接纳机验证渠道的根本特色及两种作业方式，结合雷达体系的实践要求，对体系FPGA输出数据进行功用验证、剖析、验证和改进。并对ADS7-V1EBZ两个信号输入通道间的同步做了验证与剖析，提出了双通道延时差错的改进计划。成果表明，新式 ADC器材AD9680在实践运用中具有高精度、高速度、动态规模大、灵活性强、双通道同步功用杰出等特色，可满意某雷达对射频前端数字接纳机的功用需求。下一步研讨将持续完善双通道相位和起伏共同性校对、经过优化电路规划改进ADC的功用、将AD9680成功运用于某射频雷达中。
