基于AD9233高速数据采样系统的设计

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摘 要：本文基于工程项目，主要对FMCW雷达信号采集系统的设计进行研究。介绍了一种基于ad9233高速模数转换芯片，结合FPGA并行采样的高速数据采集系统，描述了系统的基本结构，并对模数转换理论进行了重点分析。

关键词：高速 采样 AD9233

中图分类号：TN792 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（a）0034-01

雷达通过向特定方向辐射电磁波，再从接收的信号中将目标的回波信号检测出来，从而判断目标的角度，距离，形状等信息。雷达目标的检测一般是在十分复杂的电磁环境下进行的，接收信号不仅含有目标回波，还含有大量的干扰噪声。随着数字信号处理理论的不断发展，雷达信号数字接收机技术日益成为雷达技术发展的重点。雷达的数字接收机主要包含数字采样部分和信号处理部分。本文主要对雷达信号的高速采样电路进行研究设计。

1 A/D采样电路与噪声的关系

对于雷达接收机中频的接收的模拟信号，要将其转化成数字信号，需要采样和量化。当采用B位的A/D进行量化时，量化的总选择数将为，当采用补码进行量化时，其量化范围为（，），其量化范围在正负区间内是不对称的，其动态范围为量化的最大幅度值与最小幅度值之比，则以dB表示为：

（1）

当雷达的回波不含有目标信息和杂波信息时，其中频信号完全由接收系统的噪声组成。有时目标回波过于微弱时，就会导致中频的目标信号低于噪声信号。此时，如果A/D的最小量化步长过大，则A/D就会检测不到噪声信号，信号的信息就会丢失。设接收到的中频信号y[n]为零均值，标准差为σ的高斯白噪声。于是，A/D的输出为输入信号和量化器误差之和：

（2）

上式中，为A/D的采样的误差，它在区间内均匀分布，则信号与A/D的量化噪声比为：

（3）

当A/D的输入信号是标准差为的白噪声时，A/D的输出方差为。定义变量，于是，用A/D的输入端噪声功率进行归一化的A/D的输出端噪声功率为 （4）

在选择A/D的位数时，希望，即A/D的步长选择没有使噪声功率有很大的增长。

2 A/D采样电路设计

根据以上讨论，本设计选用AD公司的高性能模数转换芯片AD9233，AD9233具有12位的转换精度，125MSPS的转换速度。它采用多级差分流水线架构，内置输出纠错逻辑，在125MSPS数据速率，可保证在整个工作温度范围内无失码。其内部结构如图1所示。

AD9233采用1.8V单电源供电，而数字输出驱动器采用一个独立的电源供电，以适应1.8V至3.3V逻辑。其数据输出有三种格式，分别为：偏移二进制、格雷码和二进制补码。其时序图如图2所示：

3 结语

本文主要对数字接收机的高速数据采集部分进行了理论分析与设计，实测结果表明，此设计具有良好的采样性能。

参考文献

[1] 陆浩，王振占.基于FPGA的高速采样电路设计与测试[J].微电子学与计算机，2011，28（7）：106-109.

[2] 李素芝，万建伟.时域离散信号处理[M].长沙：国防科技大学出版社，1994.

[3] 周林.数据采集与分析技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005.