基于FPGA的多路信号采集卡的设计



2011-09-23 09:26　作者：九视电子　出处：www.360tsw.com

　　【摘 要】介绍了声呐技术及其应用，并根据声呐特性选择设计使用的功能芯片。较为详细地阐述了用FPGA实现多路声呐信号的模数转换和SRAM乒乓存储。最后给出FPGA各功能模块仿真图。

　　【关键词】信号采集卡;FPGA;声呐; PWM;自动增益控制

　　1引言声波是目前已知的惟一能在海水中远程传播的波。声呐就是利用声波对水下物体进行探测和定位识别的方法及所用设备的总称。它基本上可分为被动声呐(无源声呐)和主动声呐(有源声呐)两大类。主动声呐由发射机、声阵、接收机(包括信号处理器)、显示控制台组成。它向水中发射声波，通过接收水下物体反射回波发现目标，并测量其参量。通过发射脉冲和回波到达的时间差来估计目标距离。通过测量接收声阵中两子阵间的相位差得到测定目标方位。被动声呐由接收声阵、接收机(信号处理)和显示控制台组成。它通过接收目标的辐射噪声探测目标并测定其参量。一般被动声呐只能测定目标方位，其原理和主动声呐相同。被动测距声呐利用三子阵测量波阵面曲率来测定目标距离。动增益放大，以便转换为适合AD转换的最佳电平;然后送入AD转换器进行模数转换;最后将转换后的数据送入FPGA进行处理。送人FPGA的数据分两路，一路缓存到2片SRAM中，另一路经过自动增益控制Gain(AutomaticControl，AGC)放大器的放大倍。

　　2采集卡系统方案设计采集卡系统，8路声呐信号通过BNC接口输入，经过低通滤波后，送到自动增益放大器以便将信号放大到A/D最佳转换电平，A/D转换输出到FPGA进行数据采集和平均功率计算。采集到的数据送往SRAM存储，本次设计采用2片SRAM进行Width乒乓存储;计算的平均功率产生脉宽调制(PulseModulation，PWM)波智能控制AGC放大增益3 采集卡系统功能块设计(1)AGC电路设计本系统采用的AGC方法，首先将AD采样下来的数据送入FPGA，然后检测信号的平均电平，并将信号的平均电乎与参考电平相减，把差值送入AGC智能控制模块，由AGC智能控制模块来控制最终输出PWM信号的占空比，然后将输出的PWM信号经过一个模拟低通滤波，滤除高频分量，就可产生直流电压来控制RF2607的增益。

　　3.本次采集卡设计采用FPGA作为核心主控芯片，是因为FPGA体积小、功耗低，控制灵活的特性决定的。由于声呐信号弱，在采集过程中，AGC的灵敏度和bitADAD转换精度决定了采集卡性能，本次设计12转换，在实际调试中精度达到lObit。仿真结果和实际使用情况表明该设计方案可行，此采集卡已经应用于SRAM实际声呐信号采集。