新型每秒千兆采樣(GSPS)高速轉換器、高性能FPGA和FPGAIP內核已經開始改變現狀
，為設計師帶來了現成的解決方案和可配置的構建模塊
，助其從容麵對新一代挑戰。一種采用ADI GSPS ADC並且搭載Altera® FPGA和通道化IP的參考設計將向我們展示

，設計師如何在縮短上市時間的條件下，打造出最先進的電子情報和數字RF存儲器係統解決方案。

 

 

電子戰係統可以識別和反擊監視與跟蹤雷達等電子威脅。電子戰係統通常分為電子支援(ES)、電子攻擊(EA)和電子保護(EP)三類。

 

電dian子zi支zhi援yuan係xi統tong用yong於yu攔lan截jie和he測ce量liang信xin號hao參can數shu，以yi識shi別bie信xin號hao源yuan並bing進jin行xing威wei脅xie分fen析xi。電dian子zi攻gong擊ji係xi統tong會hui產chan生sheng幹gan擾rao信xin號hao，以yi壓ya製zhi真zhen實shi脈mai衝chong。數shu字zi射she頻pin存cun儲chu器qi(DRFM)是shi一yi種zhong用yong於yu欺qi騙pian雷lei達da的de欺qi騙pian技ji術shu。電dian子zi保bao護hu係xi統tong主zhu要yao用yong於yu處chu理li和he存cun儲chu輸shu入ru信xin號hao以yi構gou建jian信xin號hao數shu據ju庫ku。該gai數shu據ju庫ku是shi一yi個ge持chi續xu更geng新xin的de查zha詢xun表biao，用yong於yu識shi別bie未wei來lai雷lei達da係xi統tong。傳chuan統tong上shang
，這zhe些xie係xi統tong是shi在zai模mo擬ni平ping台tai上shang開kai發fa的de。現xian代dai係xi統tong的de數shu字zi化hua水shui平ping更geng高gao，可ke以yi利li用yong可ke編bian程cheng邏luo輯ji器qi件jian強qiang大da的de信xin號hao處chu理li能neng力li。

 

zaizhexiexitongzhong，bumingmubiaoweixiedetancexuyaoyigekeyigongzuoyujiaokuanpinduandejieshouqi，yishibieweixiebingfadongduikangcuoshi。dianxingdedianzizhanxitongdegongzuopinlvfanweishizhiliuzhi20 GHz。在寬帶寬要求以外
，實戰電子戰係統還要求高動態範圍、高靈敏度和精確的脈衝特性描述性能，新係統也要以更快的速度、genggaodelingmindujianshimubiaodaikuan。dianzizhanxitongjieshoudaodeshuruxinhaokenenglaizizhongduobutonglaiyuan，bingqiexuyaoshibiehequfenmeiyigelaiyuan
，cishi，qingkuangbiandegengjiafuza。zaidifangyouyiweizhideganraoyiwai，buduanzengjiadepinpuyongdu，tebieshitongxinjichusheshidekuaisukuozhangdaozhidepinpuyongduwentijinyibuzengjialeyouxiaotancedenandu。

 

尺寸更小、重量更輕、功gong率lv更geng低di的de複fu雜za係xi統tong使shi開kai發fa周zhou期qi變bian得de越yue來lai越yue長chang。然ran而er，新xin一yi代dai現xian成cheng解jie決jue方fang案an和he可ke編bian程cheng構gou建jian模mo塊kuai可ke為wei這zhe些xie挑tiao戰zhan提ti供gong解jie決jue方fang案an。對dui任ren何he電dian子zi戰zhan係xi統tong來lai說shuo

，兩liang個ge關guan鍵jian構gou建jian模mo塊kuai是shi模mo數shu轉zhuan換huan器qi和he實shi時shi通tong道dao化huaIP，我們將進一步考察這兩個關鍵構建模塊，展示如何應對這些挑戰。

 

 

在許多情況下，高速ADC從模擬域向數字域的過渡是電子支援係統、電(dian)子(zi)攻(gong)擊(ji)係(xi)統(tong)和(he)電(dian)子(zi)保(bao)護(hu)係(xi)統(tong)的(de)限(xian)製(zhi)因(yin)素(su)，在(zai)此(ci)
，係(xi)統(tong)架(jia)構(gou)師(shi)往(wang)往(wang)麵(mian)臨(lin)一(yi)個(ge)難(nan)題(ti)。成(cheng)本(ben)和(he)係(xi)統(tong)尺(chi)寸(cun)最(zui)小(xiao)化(hua)通(tong)常(chang)是(shi)重(zhong)中(zhong)之(zhi)重(zhong)，但(dan)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)師(shi)還(hai)必(bi)須(xu)在(zai)提(ti)高(gao)瞬(shun)時(shi)監(jian)視(shi)帶(dai)寬(kuan)以(yi)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)增(zeng)加(jia)攔(lan)截(jie)概(gai)率(lv)的(de)需(xu)求(qiu)
，與(yu)如(ru)何(he)將(jiang)帶(dai)內(nei)高(gao)功(gong)率(lv)信(xin)號(hao)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)靈(ling)敏(min)度(du)的(de)影(ying)響(xiang)最(zui)小(xiao)化(hua)之(zhi)間(jian)找(zhao)到(dao)最(zui)佳(jia)平(ping)衡(heng)。這(zhe)些(xie)要(yao)求(qiu)在(zai)轉(zhuan)換(huan)器(qi)設(she)計(ji)和(he)將(jiang)信(xin)號(hao)內(nei)容(rong)耦(ou)合(he)到(dao)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)前(qian)端(duan)設(she)計(ji)方(fang)麵(mian)帶(dai)來(lai)了(le)挑(tiao)戰(zhan)。即(ji)使(shi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)本(ben)身(shen)擁(yong)有(you)出(chu)色(se)的(de)性(xing)能(neng)
，前(qian)端(duan)也(ye)必(bi)須(xu)能(neng)維(wei)持(chi)信(xin)號(hao)質(zhi)量(liang)
，結(jie)果(guo)促(cu)使(shi)設(she)計(ji)師(shi)不(bu)斷(duan)超(chao)越(yue)高(gao)速(su)ADC的極限
，以提高 性能、降低成本。

 

圖1所示為一個簡單的電子戰係統。該係統的主要特性為一個射頻接收器(用於下變頻和選擇要監視的目標頻帶)、用於轉換模數域數據的ADC以及數字信號處理引擎，該引擎通常是一個FPGA，配置為探測、確定、分析和管理目標信號的存儲。DRFM和電子攻擊係統也包括一個采用高速DAC的相應發射鏈。

 

圖1. 典型電子戰架構信號鏈

 

從(cong)曆(li)史(shi)上(shang)來(lai)看(kan)，在(zai)增(zeng)加(jia)瞬(shun)時(shi)帶(dai)寬(kuan)的(de)同(tong)時(shi)維(wei)持(chi)需(xu)要(yao)的(de)線(xian)性(xing)度(du)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)多(duo)個(ge)重(zhong)疊(die)接(jie)收(shou)器(qi)或(huo)一(yi)種(zhong)交(jiao)錯(cuo)式(shi)架(jia)構(gou)。重(zhong)疊(die)的(de)接(jie)收(shou)器(qi)各(ge)自(zi)數(shu)字(zi)化(hua)所(suo)需(xu)帶(dai)寬(kuan)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)
，並(bing)用(yong)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)把(ba)來(lai)自(zi)各(ge)個(ge)通(tong)道(dao)的(de)數(shu)據(ju)和(he)可(ke)觀(guan)測(ce)頻(pin)譜(pu)重(zhong)新(xin)組(zu)合(he)起(qi)來(lai)。對(dui)於(yu)交(jiao)錯(cuo)式(shi)架(jia)構(gou)，一(yi)般(ban)要(yao)搭(da)配(pei)校(xiao)準(zhun)使(shi)用(yong)，以(yi)便(bian)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)減(jian)小(xiao)轉(zhuan)換(huan)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)相(xiang)差(cha)、失調差和增益差。兩種方案的實現成本都比較高，但數字信號處理往往會根據實現需求進行定製。

 

ADI的新型RF采樣ADC (如AD9625)為新一代係統提供了解決方案，不但可以提供更大的瞬時帶寬，同時還具有更高的線性度
，能夠維持所需要的靈敏度水平。AD9625是一款2.5 GSPS、12位ADC，可增進高帶寬交流性能
，在1 GHz輸入下，其典型寬帶SNR/SFDR分別達到前所未有的57 dB/80 dB。另外，這款ADC還支持確定到達角往往需要的多轉換器同步，集成了數字下變頻器(DDC)以便抽取和觀測輸出頻譜的較小部分。

 

AD9625能支持超過3 GHz的小信號模擬帶寬
，可為係統設計師提供很大的IF定位靈活性。憑借第一和第二奈奎斯特采樣選項和超過1 GHz的可用帶寬
，設計師可以最大化前端接收器架構的性能，實現濾波和係統複雜性的最佳平衡。

 

ADI推出了支持並行接口和串行接口(包括JESD204B標準)的器件。這對於眾多電子戰係統的高數據速率和低延遲要求是極其重要的。

 

為了便於快速製作原型和係統開發


，AD9625以VITA 42/FPGA夾層卡(FMC)平台的形式提供(見圖2)。該平台提供了一些參考設計，可借以了解如何優化ADC前方的信號調理以實現性能優化；同時，平台還可確保ADC與處理單元之間的數據處理接口擁有充足的帶寬，以便在仍然使用CoT架構的條件下，支持來自轉換器的實時全速率數據傳輸需求。結果打造出一款高效的架構，集成2.5 GSPS ADC COTS解決方案，以最小尺寸提供高速導管。

 

圖2. AD9625 (2500 MSPS、12位FMC板，帶同步支持)。(PN：AD-FMCADC2-EBZ)

 

 

盡管電子攻擊係統、dianzizhiyuanxitonghedianzibaohuxitongzhongdexinhaodougeyoutedian
，dantamendouyouyigegongtongdezujian
，jishuzitongdaohuajieshouqi，yechengtongdaoxuanzeqi。tongdaoxuanzeqibayigekuandaikuanchaifenchengxiaodaikuan
，yibianbamubiaoxinhaoyuzaoshengheganraoxinhaofenkai
，congerzaidangezitongdaozhongkekaodijiancedaodiSNR和時間敏感信號。多數數字通道化接收器都由一個濾波器組和快速傅裏葉變換(FFT)組成。

 

作(zuo)為(wei)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)
，這(zhe)裏(li)麵(mian)臨(lin)的(de)一(yi)個(ge)挑(tiao)戰(zhan)是(shi)，每(mei)次(ci)設(she)計(ji)或(huo)升(sheng)級(ji)新(xin)的(de)電(dian)子(zi)戰(zhan)係(xi)統(tong)時(shi)，通(tong)常(chang)都(dou)要(yao)求(qiu)開(kai)發(fa)更(geng)加(jia)複(fu)雜(za)的(de)通(tong)道(dao)選(xuan)擇(ze)器(qi)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)新(xin)設(she)計(ji)通(tong)常(chang)會(hui)導(dao)致(zhi)必(bi)要(yao)的(de)硬(ying)件(jian)升(sheng)級(ji)，以(yi)支(zhi)持(chi)速(su)率(lv)更(geng)高(gao)的(de)轉(zhuan)換(huan)器(qi)和(he)更(geng)高(gao)的(de)處(chu)理(li)性(xing)能(neng)，以(yi)應(ying)對(dui)不(bu)斷(duan)變(bian)化(hua)的(de)全(quan)球(qiu)威(wei)脅(xie)。為(wei)了(le)加(jia)快(kuai)通(tong)道(dao)選(xuan)擇(ze)器(qi)的(de)開(kai)發(fa)步(bu)伐(fa)
，降(jiang)低(di)內(nei)部(bu)研(yan)發(fa)(IRAD)成本，Altera開發了一款超高采樣速率的FFT IP和FIR濾波器IP內核，能夠處理多-GSPS轉換器輸入。這些IP內核可根據多種輸入參數，優化您的解決方案，如圖3所示。

 

圖3. Altera超高采樣速率FFT配置

 

圖4通過一般電子戰係統框圖描述了通道選擇器的作用，在該圖中，先對數字化輸入射頻(RF)寬kuan帶dai信xin號hao進jin行xing下xia變bian頻pin和he數shu字zi化hua處chu理li，然ran後hou饋kui入ru通tong道dao化hua接jie收shou器qi之zhi中zhong。對dui各ge通tong道dao的de輸shu出chu進jin行xing信xin號hao檢jian測ce和he估gu算suan，以yi便bian把ba威wei脅xie信xin號hao與yu中zhong立li方fang和he友you方fang信xin號hao分fen辨bian開kai來lai。一yi旦dan發fa現xian威wei脅xie且qie有you數shu據ju作zuo為wei支zhi撐cheng
，某mou些xie電dian子zi戰zhan係xi統tong就jiu會hui通tong過guo幹gan擾rao對dui抗kang威wei脅xie。在zai此ci過guo程cheng中zhong，接jie收shou器qi可ke能neng會hui產chan生sheng各ge種zhong幹gan擾rao信xin號hao。在zai敵di方fang發fa射she機ji中zhong
，這zhe些xie幹gan擾rao信xin號hao可ke能neng表biao現xian為wei陷xian波bo白bai噪zao聲sheng或huo再zai生sheng虛xu假jia反fan射she信xin號hao(即DRFM)。幹擾信號通過反相通道選擇器

，後者的作用是重構寬帶反射信號。反射信號在上變頻回敵方發射機之後再發射。

 

圖4. 一般電子戰係統框圖

 

 

項目展示的是ADC接口和通道選擇器功能。一個信號發生器產生一個正弦信號音，作為AD9625的輸入。AD9625 ADC輸出端通過行業標準FMC接口連接至Arria-V SoC開發套件。JESD204B標準定義了各種通道配置條件下邏輯器件的數據速率。在本演示中
，JESD204B接口配置為使用8通道收發器模式，如圖5A和圖5B所示。

 

圖5A. AD9625通過JESD204B接口連接Altera Arria V

 

圖5B. 麵向Altera係統在環的通道選擇器JESD204B輸入和Avalon存儲器圖

 

通過JESD204B接口接收的樣本饋入通道選擇器IP中
，後者配置為用16條輸入線並行接收16個樣本(圖4中的參數M)。根據FFT點的數量，把一個全FFT幀分為多個時隙。例如
，一個1024點FFT需要1024/16 = 64個時隙。濾波器組係數和FFT處理級會根據時隙自動切換。

 

通道選擇器IP是用DSP高級版生成器(DSPBA)開發的
，這是來自Altera的一款基於模型的設計流工具。借助該工具，信號處理工程師可以在MATLAB/Simulink環境中設計
、評估和驗證其算法。當算法為最優時，DSPBA會生成可以部署在Altera FPGA上的代碼。

 

通道選擇器輸出存儲在片內存儲器中，並通過Altera係統在環(SIL)工具進行驗證。SIL用一個MATLAB API來觸發片內寄存器
，開始記錄，以用於數據可視化。一旦觸發
，則會對FFT處理執行一次迭代
，並把產生的數據存儲到片內SRAM中。MATLAB API通過Altera Avalon存儲器圖把數據從SRAM提取到MATLAB主機中。上傳到MATLAB之後，則會在屏幕上繪製樣本圖。

 

IP的集成是在Qsys中完成的。Qsys是Altera推出的一款集成工具
，通過提供集成框架

，可以大幅縮短開發流程。運用圖形用戶界麵即可實現層級式IP重用和互聯基礎設施。

 

創建一個Qsys項目
，以集成通道選擇器IP和JESD204B IP。除了通道選擇器IP集成以外，項目還集成了控製功能
，以支持連接ADC的SPI配置接口。

 

通道選擇器可以通過MATLAB設置腳本輕鬆切換為不同的FFT大小。這種靈活性為將來的升級路徑提供了保障，同時還有可能在不同係統配置之間實現設計的重複利用。例如，圖6展示了來自SIL的4096點FFT輸出。

 

圖6. 4k-FFT通道選擇器通過SIL的輸出圖示例

 

 

通tong過guo新xin一yi代dai高gao速su轉zhuan換huan器qi打da造zao的de解jie決jue方fang案an可ke以yi提ti供gong更geng高gao的de瞬shun時shi帶dai寬kuan而er不bu犧xi牲sheng係xi統tong靈ling敏min度du，同tong時shi還hai能neng在zai頻pin率lv規gui劃hua方fang麵mian提ti供gong更geng大da的de靈ling活huo性xing，或huo者zhe消xiao除chu前qian端duanRF帶上的下混頻級的必要性。然而，在1 GHz範圍內實現帶寬數據分析可能對高性能係統的設計造成挑戰。

 

為了解決這個問題
，可以利用通道選擇器來分析這些寬帶寬同時維持高性能。這些新型GSPS RF ADC加上新型可配置通道選擇器IP內核為新一代係統設計師提供了一種更快的解決方案，可以很好地適應不斷變化的電子戰環境。

 

本文轉載自亞德諾半導體。