雷達(dá)是一種采用無線電手段來查找目標(biāo)并檢測其位置與速度等信息的技術(shù),在軍用與民用方面應(yīng)用十分廣泛。軟件無線電就是實現(xiàn)數(shù)字中頻化雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù),包括數(shù)字上變頻與下變頻技術(shù)。其中,數(shù)字上變頻器是雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)中的重要組成部分,具有全面可編程性與環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)勢,使電路更易于設(shè)計實現(xiàn)。為優(yōu)化軟件無線電雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng),研究數(shù)字上變頻技術(shù)意義重大。本文主要對一種用在整機雷達(dá)上,最高工作頻率為2.5GHz的數(shù)字上變頻器進(jìn)行研究與設(shè)計,以此實現(xiàn)數(shù)字化雷達(dá)的性能優(yōu)化。該系統(tǒng)采用單通道最大數(shù)據(jù)速率高達(dá)3.125Gbps的SerDes高速接口來進(jìn)行基帶信號的接收,通過數(shù)字上變頻器后將信號調(diào)至中頻。實現(xiàn)過程中深入研究了數(shù)字上變頻技術(shù)的基本原理及工作機制,并在信號采樣、信號內(nèi)插、數(shù)字濾波器、正交調(diào)制與SerDes高速接口等相關(guān)理論的基礎(chǔ)上,完成了數(shù)字上變頻系統(tǒng)的整體方案與各個模塊的設(shè)計。選用了半帶濾波器與CIC濾波器實現(xiàn)可編程插值濾波,同時設(shè)計了反CCI濾波器與反SINC濾波器分別對CIC濾波器與DAC進(jìn)行了補償。改進(jìn)了直接數(shù)字頻率合成器DDS中相幅轉(zhuǎn)換器的實現(xiàn)算法,減弱了DDS中雜散的影響。在實現(xiàn)方式上,對電路各模塊進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),降低了數(shù)字內(nèi)核的工作頻率與功耗。電路采用了SerDes高速接口電路來接收基帶信號,使系統(tǒng)滿足高速電路的需求。SerDes接口采用了8b/10b的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行編解碼,使數(shù)據(jù)直流均衡。同時利用了異步FIFO同步用戶與接收兩時鐘域,并加入了PRBS檢驗?zāi)K測試系統(tǒng)電路的誤碼率。設(shè)計完成后搭建仿真驗證平臺,在時域和頻域上同時對電路進(jìn)行功能仿真,分析并驗證仿真結(jié)果。仿真過程中,向工作在2.5GHz頻率下的上變頻器輸入7.765MHz的基帶信號,并配置寄存器生成12.5MHz的載波信號,此時輸出頻率為20.28MHz,上變頻功能正確。SerDes高速接口中解碼后的數(shù)據(jù)與發(fā)送的原數(shù)據(jù)相同,FIFO寫入讀出數(shù)據(jù)皆正常,且PRBS模式下得到的誤碼率為0,可知鏈路數(shù)據(jù)正確。仿真結(jié)果表明本文設(shè)計的數(shù)字上變頻器符合功能要求。驗證完成后,基于SMIC工藝庫對設(shè)計的電路進(jìn)行綜合,得到面積為833421.26μm~2、動態(tài)功耗為2.12W的低功耗芯片。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN773
【部分圖文】：

雷達(dá)技術(shù)不斷發(fā)展，與傳統(tǒng)雷達(dá)相比已有了很大的改進(jìn)。傳統(tǒng)雷達(dá)采用模擬電路來實現(xiàn)各個功能模塊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、擴(kuò)展性差且會產(chǎn)移、干擾失真等問題，影響電路精度。而數(shù)字電路具有可編程、高精度的優(yōu)信號的計算處理，且成本較低，能滿足現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)對信號處理速率以及適應(yīng)性的高要求[1]。如今雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)的數(shù)字化已成為一種必然的發(fā)展趨雷達(dá)系統(tǒng)全采用數(shù)字電路，基于軟件無線電與數(shù)字信號處理理論，可通過不同的算法來實現(xiàn)多種無線電功能。雷達(dá)的波段包含從高頻到 26.5~40G段范圍內(nèi)的信號，對電路的最高工作頻率要求較高，但受到各種器件參數(shù)換器采樣速率、工作精度及 DSP 器件處理信號速度的限制，很難用數(shù)字電模擬射頻電路收發(fā)信號。因此，采用數(shù)字上變頻技術(shù)，把信號的頻譜搬移較高頻率上，并提高數(shù)據(jù)速率，這樣大幅降低了電路對 D/A 轉(zhuǎn)換器及 DS求。此外，對低采樣率的基帶信號直接模擬采樣會帶來較大的量化誤差。差，提高信號的分辨率，采用數(shù)字上變頻技術(shù)來降低模擬濾波器設(shè)計的難上變頻器在軟件無線電收發(fā)系統(tǒng)中的位置如圖 1.1 所示[2]。

圖 2.3 原始信號、內(nèi)插后信號與內(nèi)插濾波后信號頻譜圖原始信號頻譜經(jīng)過內(nèi)插后，頻帶被壓縮了 I 倍，同時在頻率高于 π/I 的部分產(chǎn)生了高頻率的鏡像分量。因此，完成內(nèi)插后通常接一帶寬為 π/I 的低通濾波器濾除鏡像，使插入的零值點變?yōu)樾盘柕臏?zhǔn)確內(nèi)插值。這時，內(nèi)插器起到了上變頻的作用，并大大提高了信號的時域分辨率。2.4 數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器可理解為一種算法，其功能是通過數(shù)字運算器件處理輸入信號，從而消除干擾，獲取特定頻率信號。與傳統(tǒng)的模擬濾波相比，數(shù)字濾波器有精度高，噪聲小，可擴(kuò)展性強等優(yōu)點。下面介紹數(shù)字上變頻器中所用的幾種數(shù)字濾波器：半帶濾波器、CIC 濾波器、反 CCI 濾波器和反 SINC 濾波器。2.4.1 FIR 濾波器

圖 2.4 直接型 FIR 濾波器（2）轉(zhuǎn)置型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)置型結(jié)構(gòu)是直接型的簡單改變形式。基于轉(zhuǎn)置定理，將直接型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)支路方向全部倒轉(zhuǎn)，并將輸入與輸出相互交換，系統(tǒng)函數(shù)則保持不變，這樣得到與直接型相同的濾波器。轉(zhuǎn)置型結(jié)構(gòu)如圖 2.5 所示[20]。圖 2.5 轉(zhuǎn)置型 FIR 濾波器
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2857972