簡介

坤馳科技自主研發(fā)的QT7012+QT7125+是一款支持交流耦合寬帶信號(hào)輸入的高精度高速數(shù)據(jù)采集卡，它具有12bit分辨率、2通道和5GSPS采樣率的指標(biāo),。板載FPGA具備實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力,，可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)信號(hào)處理,，配備寬帶實(shí)時(shí)頻譜分析功能,，頻率范圍10MHz~8GHz，實(shí)時(shí)頻譜分析帶寬500MHz,；具備外部參考時(shí)鐘輸入以及外部觸發(fā)輸入及觸發(fā)輸出接口,。這些特性使QT7012+QT7125+成為無線電監(jiān)測、寬帶頻譜感知,、無線通信測試測量儀表等應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行信號(hào)采集和分析的理想工具,。

應(yīng)用

無線電監(jiān)測

寬帶頻譜感知

無線通信測試測量

主要規(guī)格

l最大支持2通道同步采集；

l5GSPS采樣率,；

l12bit轉(zhuǎn)換精度,；

l全功率模擬帶寬（-3 dB）：8GHz

l直流耦合，50歐姆輸入阻抗,；

l輸入量程：0.8Vpp（典型值）,；

l板載4GB DDR4存儲(chǔ)器；

l支持外部參考時(shí)鐘輸入：10MHz(典型值),，0dBm~ +10dBm

l支持外部觸發(fā)輸入和輸出：3.3V LVCMOS或LVTTL,；

lPCI Express 3.0 x8數(shù)據(jù)傳輸接口，傳輸帶寬可達(dá)5.8GB/s,；

lFPGA支持定制信號(hào)處理算法邏輯開發(fā)。

寬帶頻譜分析及平滑濾波功能

l實(shí)時(shí)帶寬：500MHz@750Msps(IQ),；

l時(shí)域加窗：矩形窗,、漢寧窗、漢明窗,、布萊克曼窗

lFFT點(diǎn)數(shù)：1024/2048/4096/8192/16384,；

lFFT輸出：頻域IQ幅度值、頻域IQ功率dB值,；

l支持平滑濾波：

原始采樣數(shù)據(jù)相鄰兩樣點(diǎn)累加平均,；

原始采樣數(shù)據(jù)相鄰四樣點(diǎn)累加平均；

寬帶頻譜分析示例

輸入單音信號(hào)中心頻率為1511MHz,，信號(hào)功率為0dBm,，F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)為16384點(diǎn)，窗函數(shù)為矩形窗,，NCO頻率為1500MHz,。頻譜分析結(jié)果如下圖所示：

圖2矩形窗頻譜分析圖

輸入單音信號(hào)中心頻率為1511MHz，信號(hào)功率為0dBm,，F(xiàn)FT點(diǎn)數(shù)為16384點(diǎn),，窗函數(shù)為漢寧窗。NCO頻率為1500MHz,。頻譜分析結(jié)果如下圖所示：

圖3 漢寧窗頻譜分析圖

原始信號(hào)平滑濾波采集示例

輸入單音信號(hào)中心頻率為100MHz,，信號(hào)功率為0dBm,，采樣率5Gsps，原始信號(hào)采集,。信號(hào)時(shí)域如下圖所示：

圖4 5Gsps采樣率信號(hào)時(shí)域圖

輸入單音信號(hào)中心頻率為100MHz,，信號(hào)功率為0dBm，相鄰兩樣點(diǎn)平滑濾波后采樣率2.5Gsps,。信號(hào)時(shí)域如下圖所示：

圖5 平滑濾波后2.5Gsps采樣率信號(hào)時(shí)域圖

輸入單音信號(hào)中心頻率為100MHz,，信號(hào)功率為0dBm，相鄰四樣點(diǎn)平滑濾波后采樣率1.25Gsps,。信號(hào)時(shí)域如下圖所示：

圖6 平滑濾波后1.25Gsps采樣率信號(hào)時(shí)域圖

系統(tǒng)框圖

圖7 系統(tǒng)框圖

寬帶實(shí)時(shí)頻譜分析系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)鍵模塊介紹如下：

ADC實(shí)現(xiàn)功能描述：經(jīng)過射頻前端處理的小信號(hào)經(jīng)過ADC射頻直接采樣得到5GSPS實(shí)信號(hào),。該實(shí)信號(hào)傳輸?shù)紽PGA采用JESD204B協(xié)議接口。

JESD204B: FPGA內(nèi)部JESD204B接口模塊,，用于對ADC傳輸?shù)紽PGA的5GSPS實(shí)信號(hào)的接收處理,，恢復(fù)出實(shí)信號(hào)。

5GSPS實(shí)信號(hào)：送入DDC模塊,，實(shí)現(xiàn)實(shí)信號(hào)正交解調(diào)為IQ信號(hào),，經(jīng)過抽取濾波與插值濾波配合，得到750MSPS基帶IQ信號(hào),。

DDC：該模塊內(nèi)部包含NCO,，NCO頻率可配置，可以實(shí)現(xiàn)對NCO中心頻率信號(hào)的正交解調(diào)并將信號(hào)搬移至復(fù)基帶,。復(fù)基帶信號(hào)I與Q采樣率為5GSPS,。對IQ兩路信號(hào)經(jīng)過FIR濾波器低通濾波，濾除高頻分量,。然后再進(jìn)行抽取率為20/3的濾波抽取,，使輸出信號(hào)滿足750MSPS采樣率要求。為達(dá)到20/3的抽取率,，設(shè)計(jì)3級(jí)抽取與插值配合的級(jí)聯(lián)濾波器,。第一級(jí)為5倍抽取率的抽取濾波器，使用FIR濾波器實(shí)現(xiàn),，數(shù)據(jù)速率降為1GSPS; 第二級(jí)為3倍插值率的插值濾波器,，使用FIR濾波器實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)速率升高為3GSPS,；第三級(jí)為4倍抽取率的抽取濾波器,，使用FIR濾波器實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)速率降為750MSPS,。

窗函數(shù)系數(shù)生成模塊：按照上位機(jī)配置的窗函數(shù)類型,，自動(dòng)生成窗函數(shù)系數(shù)。常用的窗函數(shù)有：矩形窗、Hanning,、Hamming,、Blackman-Harris窗等。時(shí)域加窗能夠有效降低FFT輸出的信號(hào)泄露,，也可以提升FFT頻譜分析的準(zhǔn)確性,。在選擇窗函數(shù)時(shí)，需要考慮窗函數(shù)主瓣的寬度,，第一旁瓣的電平以及旁瓣隨頻率增加而減小的速度,。

時(shí)域加窗：該模塊負(fù)責(zé)把DDC輸出的IQ兩路信號(hào)與窗函數(shù)系數(shù)進(jìn)行一定時(shí)間長度的點(diǎn)乘處理。如果實(shí)現(xiàn)16384點(diǎn)FFT,，則需要連續(xù)的16384個(gè)IQ樣點(diǎn)與相應(yīng)長度的窗函數(shù)系數(shù)點(diǎn)對點(diǎn)相乘,，完成時(shí)域加窗處理。

FFT： 對加窗后的時(shí)域IQ樣點(diǎn)進(jìn)行快速傅里葉變換,。FFT點(diǎn)可配置,，支持：1024/2048/4096/8192/16384。

平滑濾波：對原始采樣信號(hào)進(jìn)行兩種簡單平滑濾波,，一種為相鄰兩點(diǎn)的累加平均濾波,；另一種為相鄰四點(diǎn)的累加平均濾波。

可選擇原始采樣信號(hào)或者平滑濾波后的采樣信號(hào)上傳至上位機(jī),。寬帶頻譜分析后上傳至上位機(jī)的數(shù)據(jù)源,，可以是頻域IQ數(shù)據(jù)，也可以為頻域功率dB值,。上述各種信號(hào)通過PCIe接口上傳到上位機(jī),。

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