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基于快速傅里葉IP核的數字脈壓處理器的實(shí)現
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時(shí)間：2012-10-15
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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2．2．2 脈沖壓縮模塊的時(shí)序設計
由于FFT和IFFT的邏輯運算功能已經(jīng)在IP核中實(shí)現，因此時(shí)序設計便顯得尤為重要。在FFT(或IFFT)運算單元中，主要的狀態(tài)與時(shí)序控制信號及其功能描述如表1所示。
在采樣距離門(mén)有效期間，將樣本數據寫(xiě)入FIFO中進(jìn)行緩存。采樣結束后，通過(guò)FFT單元的寫(xiě)使能信號(NFFT_WE和FWD_INV_WE)將NFFT=010 10及FWD_INV_WE=1寫(xiě)入狀態(tài)控制寄存器設定工作模式，接著(zhù)啟動(dòng)START信號進(jìn)行FFT運算，寫(xiě)使能信號與sTART之間僅差1個(gè)時(shí)鐘周期。運算結束后，DONE信號有效1個(gè)時(shí)鐘周期，輸出使能信號UNLOAD與DONE同步，經(jīng)過(guò)7個(gè)時(shí)鐘周期后數據有效信號DV開(kāi)始有效，FFT運算結果開(kāi)始流水輸出，同時(shí)與匹配濾波器的系數相乘，并存入RAM中。由于乘法運算的固有延遲，寫(xiě)使能RAM_EN延遲DV信號2個(gè)時(shí)鐘周期。存儲結束時(shí)，IFFT單元的寫(xiě)使能信號同時(shí)有效，并設定NFFT=01010及FWD_INV_WE=0，接著(zhù)啟動(dòng)START信號進(jìn)行IFFT運算。運算結束后，DONE信號(與UNLOAD同步)再次有效，IFFT運算輸出結果在DV信號有效期間直接寫(xiě)入RAM中。單個(gè)PRT內各控制信號的具體時(shí)序說(shuō)明如圖4所示。
2．2．3 塊浮點(diǎn)數據格式
在數字信號處理系統中，數據表示格式可分為定點(diǎn)制、浮點(diǎn)制和塊浮點(diǎn)制，它們在實(shí)現時(shí)對系統資源的要求不同，工作速度也不同，有著(zhù)不同的適用范圍。定點(diǎn)表示法使用最多，簡(jiǎn)單且速度快，但動(dòng)態(tài)范圍有限，需要用合適的溢出控制規則(如定比例法)適當壓縮輸入信號的動(dòng)態(tài)范圍，但這樣會(huì )降低輸出信號的信噪比。浮點(diǎn)表示法的優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍大，可避免溢出，能在很大的動(dòng)態(tài)范圍內達到很高的信噪比，主要缺點(diǎn)是系統實(shí)現復雜，硬件需求量大，成本和功耗高，而且速度較慢。
塊浮點(diǎn)表示法兼有定點(diǎn)法和浮點(diǎn)法的某些優(yōu)點(diǎn)，是以上2種表示法的結合。這種表示法首先對一組數據進(jìn)行檢測，歸一化最大數的小數部分，再建立適當的指數。接著(zhù)把剩下數據的小數部分轉化為合適的數，使它們可以使用最大數的指數。塊浮點(diǎn)算法的主要優(yōu)點(diǎn)是：大動(dòng)態(tài)范圍、低截斷(或舍入)噪聲，是一種有效的數據表示形式。從芯片實(shí)現角度上看，塊浮點(diǎn)表示法能夠保證較高的信號處理質(zhì)量，尤其適用于FFT運算的場(chǎng)合。脈壓模塊中的FFT核帶有塊浮點(diǎn)運算的功能，整個(gè)運算過(guò)程中的數據格式表示如圖5所示。
ADC輸入數據為14 b的二進(jìn)制補碼形式，對其低位補零擴展為16 b(IP核要求的輸入精度)后送入FFT運算單元，輸出結果為16 b的定點(diǎn)數以及指數EXP1。復乘包括乘法和累加運算，即FFT結果與匹配系數進(jìn)行16 b×16 b的乘法運算，所得結果再進(jìn)行加法運算；在進(jìn)行加法運算前，所有數據擴展為33 b以防止溢出的發(fā)生，最終數據截取高16 b送入IFFT處理單元，輸出為16 b的定點(diǎn)數和指數EXP2，將其與EXPl相加后得到指數EXP。脈壓的最終結果即為IFFT后的16 b定點(diǎn)數以及指數EXP，兩者分別存儲在FPGA片內RAM中。
2．3 脈沖壓縮模塊的測試
設輸入理想LFM信號參數如下：帶寬B=40 MHz；時(shí)寬T=6μs；系統樣本速率為60 MHz；使用海明窗加權。在上述條件下，脈沖壓縮系統的輸出結果對數圖如圖6所示。
在圖6中，橫軸代表距離采樣單元，即系統最小距離分辨率。通過(guò)系統實(shí)際處理結果與Madab仿真結果的對比驗證了設計的正確性和實(shí)用性。
3 結語(yǔ)
系統采用ADS5500完成14位、60 MSPS的數據采集，并在FPGA中實(shí)現1 024點(diǎn)的數字脈沖壓縮。設計采用并行流水方式提高工作速度，而塊浮點(diǎn)算法則充分保證運算的精度。IP核的復用大大降低硬件規模，從而使整個(gè)系統具有高速度、高精度和低功耗的特點(diǎn)。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/185667.htm
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