基于PCIe總線(xiàn)的超高速信號采集卡的設計

摘要：設計一種基于PCIe總線(xiàn)的不間斷采樣和傳輸的超高速數據采集卡。利用雙400MHz、14位AID轉換器實(shí)現了800 MHz、14位的信號高速、高精度采集，論述了利用Xilinx公司FPGA的IPCORE設計實(shí)現PCIe總線(xiàn)控制接口?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/PCIe">PCIe總線(xiàn)，采用乒乓交換數據傳輸的機制，實(shí)現了高速采樣數據流的不間斷傳輸。最后給出了實(shí)際采集數據的頻譜。利用該采集卡構成的數據采集系統在雷達偵察和干擾領(lǐng)域擁有很高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應用前景。
關(guān)鍵詞：數據采集；PCIe；FPGA；雷達對抗

在雷達對抗系統中，需要對于雷達信號進(jìn)行實(shí)時(shí)測頻，并可以對感興趣的信號進(jìn)行儲頻，為假目標欺騙干擾或壓制干擾提供測頻結果和儲頻數據。而數字測頻是當今發(fā)展最快的測頻技術(shù)之一。數字測頻、儲頻的關(guān)鍵技術(shù)之一即是超高速、高精度、不間斷的信號采集技術(shù)。采樣速率和精度的不斷提高，使得數據傳輸和存儲越來(lái)越成為數據采集系統的技術(shù)瓶頸。目前大部分高性能數據采集卡都是基于PCI、CPCI、VME等總線(xiàn)，最高持續傳輸速率難以超過(guò)400 MB／s，因此大多數采集卡采用采集和存儲分時(shí)工作的模式，即在板內設有一定容量的存儲器，當存儲器存儲數據到一定量時(shí)，停止采集而開(kāi)始上傳數據，上傳完畢后再重新啟動(dòng)采集，不斷循環(huán)，文獻也提出采集傳輸的流水工作模式，提高采集的效率。這些工作方式雖然也能滿(mǎn)足大部分數據采集的要求，但是在信號非常密集的環(huán)境中，交替工作模式將導致偵察截獲概率降低，帶來(lái)干擾的效能下降?；谏鲜鲈?，本文論述了一種基于PCIe總線(xiàn)的數據采集卡，該采集卡不但可以達到800 MHz／s采樣率、14 bit采樣精度，還具有不間斷采集、實(shí)時(shí)上傳的能力(在測頻只取其中8位分辨力，儲頻時(shí)取14位分辨力，根據系統的總數據量可編程)。該采集卡可以與高速信號處理器配合使用，構成信道化的數字測頻、儲頻系統，雙信道系統的組成示意圖見(jiàn)圖l。

1 系統總體設計
本采集卡的設計主要包括超高速A／D轉換器模塊、時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、大容量存儲器模塊和基于FPGA的控制模塊。如圖2所示，待采集的模擬信號經(jīng)過(guò)信號調理放大到合適的電平范圍，送入到兩片工作于交叉采樣模式的A／D轉換器，轉化后數字信號直接送至FPGA控制器，在FPGA內部實(shí)現信號電平轉換數據緩沖后，首先存儲于A(yíng)路動(dòng)態(tài)存儲器中，當A路存儲器存滿(mǎn)后，數據立即轉存于B路存儲器，同時(shí)啟動(dòng)數據上傳操作，將A路存儲器的數據通過(guò)DMA方式上傳至主機存儲或傳輸到信號處理板中；當B路存儲器存滿(mǎn)后，數據存儲立即切換至A路存儲器，同時(shí)也啟動(dòng)B路存儲器的上傳操作，如此反復循環(huán)。由于PCIe接口傳輸速率大于信號采集速率，因此可以保證數據的不丟失。