多通道雷达中频信号采集装置时钟同步设计

时间： 2018-07-30 来源：世强

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在雷达接收机设计中，雷达中频信号现在较多采用数字基带处理电路，即中频信号经过ADC采集完全转化成数字信号后，进入FPGA进行基带数字解调和雷达信号处理，最后得到有用的解调信号。如图所示为笔者参与设计某科研院所多通道雷达中频信号采集装置原理，高频雷达信号经过混频器和滤波后得到雷达中频信号，经ADC数字化后进入后端的FPGA进行基带数字解调和雷达信号处理，最后得到结果数据。

图一：某科研院所多通道雷达中频信号采集装置原理

雷达中频信号可能采用的调制模式有很多，常见的为调频、调相和调幅。下图所示为该科研院所采用的雷达中频调频信号典型的I、Q正交分量示意图。

图二：某科研院所采用的雷达中频调频信号典型的I、Q正交分量示意图

对雷达中频信号I、Q正交调制信号的采集分析，必须保证两个A/D采集通道严格同步。对多个通道雷达数据采集，也必须保持严格同步。否则采样数字信号流进入FPGA内部进行解调处理时，可能会出现数据错位，无法还原真实的雷达信息数据。

针对某科研院所多通道雷达中频信号采集装置项目中，雷达中频信号I、Q正交调制信号需要同步，以及多通道雷达信号也需要同步的特殊需求，笔者在设计中采用世强代理的SILICON LABS的Si5338 可编程时钟发生器，为多通道雷达数据采集和数字化提供同步采样时钟，保证了后端基带数据处理的正确性。

下图是某科研院所多通道雷达中频采集装置时钟分配图，系统采用Si5338时钟发生器为多路AD采集通道提供同步采样时钟。

图三：某科研院所多通道雷达中频采集装置时钟分配图

该装置包括两片AD9253模数转换芯片，每片AD9253采集4路雷达中频信号，形成8路信号采集能力。Si5338时钟发生器为两片AD9253提供完全相同的两路采样时钟信号，雷达数据经过A/D同步采样后进入FPGA进行处理。

笔者在设计中采用LVDS差分时钟接口作为Si5338芯片和AD9253芯片之间的接口，以保证最佳的电路信号完整性。

图四：Si5338时钟输出与AD芯片LVDS时钟输入接口

Si5338支持4组输入时钟（2组差分、2组单端），其中2组作为参考时钟，另外2组时钟作为零延时模式下的反馈输入。笔者在项目设计中将内部25MHz晶振时钟接入针脚IN1/2，将外部25MHz参考时钟输入针脚IN3，这样既可以使用内时钟也可以使用外时钟来产生同步采样时钟。

图五：Si5338零延迟反馈模式连线示意图

此外，笔者在项目设计中充分利用了Si5338芯片的零延时功能，将一路LVDS差分输出时钟CLK3用于零延时反馈信号，接入到差分零延时反馈输入针脚IN5/6。时钟输出CLK0和CLK1分别作为两片AD5293的采样时钟，CLK2作为对外同步时钟输出信号。零延时功能是Si5338芯片的一个创新技术，该技术将相位增减特性相结合，允许采用精确边沿分配来产生时钟信号，具有空前的灵活性，可以保证输出时钟到输入时钟具有极小的延时特性。

设计好的Si5338时钟配置方案生成报告如下。

图六：Si5338时钟配置方案设计报告

结论：针对某科研院所多通道雷达中频信号采集装置项目，笔者采用世强代理的Silicon Labs的Si5338可编程时钟发生器，并在设计中充分利用了Si5338的创新功能，为多通道雷达数据提供精准的同步采样时钟，保证了后端基带数据处理的正确性。

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全部评论（3）

常常 Lv7. 资深专家 2018-10-18

学习了
海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2018-10-16

学习了
luose Lv8. 研究员 2018-07-30

不错！

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