基于FPGA的多功能信號源生成系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：為了滿足科研與實驗需要，提出并實現(xiàn)了一種以FPGA和高速D／A為核心，其結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，信號質(zhì)量高的多功能信號源生成系統(tǒng)。該信號源生成系統(tǒng)能夠?qū)崟r產(chǎn)生中心頻率在30～130 MHz的各種雷達、通信、導(dǎo)航和白噪聲等信號，且產(chǎn)生的各種信號頻率、幅度、相位和其他參數(shù)均可控。信號源作為基帶信號單元配以混頻模塊，可實現(xiàn)在任意頻段的信號。另外，該信號源還可以作為一個通用平臺，通過FPGA內(nèi)部程序的更新來實現(xiàn)其他復(fù)雜信號。
關(guān)鍵詞：FPGA；信號源；硬件設(shè)計；AD9736

產(chǎn)品級的信號源往往滿足不了科研和實驗的需要，尤其在復(fù)雜電磁環(huán)境的研究和實驗中，需要的信號樣式多種多樣，而且根據(jù)場景的不同，需要信號樣式、個數(shù)都發(fā)生了改變。
現(xiàn)場可編程邏輯陣列器件(FPGA)繼承了ASIC中大規(guī)模、高集成度、高可靠性的優(yōu)點，克服了普通ASIC設(shè)計周期長，投資大，靈活性差的缺點，逐步成為復(fù)雜數(shù)字硬件電路設(shè)計的理想首選。為了能滿足科研與實驗的需要，產(chǎn)生一系列需要的信號，設(shè)計了一種以FPGA和高速D／A為核心．能產(chǎn)生中心頻率在30～130 MHz的、各種參數(shù)均可調(diào)的雷達、通信、導(dǎo)航和噪聲信號的多功能信號源生成系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
多功能信號源生成系統(tǒng)在綜合控制器的控制下產(chǎn)生一個或多個中心頻率在30～130 MHz的雷達、通信、導(dǎo)航、噪聲等信號，輸出電平一60～o dBm．步進值為0．06 dB。系統(tǒng)主要由綜合控制器、信號生成器、射頻模塊和天線4個部分構(gòu)成，如圖1所示。綜合控制器實現(xiàn)對系統(tǒng)的整體控制，包括信號路數(shù)及各路信號參數(shù)。信號生成器主要包括控制參數(shù)接口轉(zhuǎn)換模塊和信號生成模塊兩個部分。射頻模塊主要完成兩項功能，即650 MHz時鐘的生成和對輸入的中頻信號變頻，最后經(jīng)天線輸出信號。

2 綜合控制器
綜合控制器為一臺工控計算機，主要完成控制參數(shù)的輸入和數(shù)字基帶信號生成?？刂迫藛T通過綜合控制器控制界面將控制參數(shù)輸入，這些控制參數(shù)經(jīng)過計算機uSB接口輸入到信號生成器，實現(xiàn)對信號生成器的控制。數(shù)字基帶信號是一定速率的二進制碼流，在該系統(tǒng)中綜合控制器完成將BMP圖片轉(zhuǎn)換成一定速率的二進制數(shù)據(jù)，并通過USB接口輸人到信號生成器中，作為系統(tǒng)的數(shù)字基帶信號。綜合控制器在工作時，負責向信號生成器注入控制參數(shù)，如信號路數(shù)和各路信號參數(shù)(信號樣式、工作頻率、功率輸出、調(diào)制指數(shù)、延遲時間、跳頻速率、脈寬、脈沖周期等)，當控制參數(shù)輸入完畢后，綜合控制器開始利用USB接口傳輸由BMP圖片轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在工作過程中可實時更改控制參數(shù)，并根據(jù)指令進行刷新，此時數(shù)字基帶信號傳輸將暫停，等待更新完畢后繼續(xù)輸出。

3 信號生成器
信號生成器由兩部分構(gòu)成，即控制參數(shù)接口轉(zhuǎn)換模塊和信號生成模塊?？刂茀?shù)接口轉(zhuǎn)換模塊完成將綜合控制器通過USB傳輸線傳輸?shù)目刂茀?shù)和數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)換為總線數(shù)據(jù)送入總線中，由信號生成模塊產(chǎn)生特定控制參數(shù)的信號。