用FPGA技术实现模拟雷达信号

2011-06-28 08:53:07

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FPGA(现场可编程门阵列)是由掩膜可编程门阵列和PLD(可编程逻辑器件)演变而来的,并将二者的特性结合在一起,使FPGA既有掩膜可编程门阵列的高逻辑密度和通用性,又有PLD的可编程特性。FPAG技术的发展使得单个芯片上集成的逻辑门数越来越多,能实现的功能越来越复杂。它以编程方便、集成度高、速度快等特点受到电子设计人员的青睐。人们可以通过硬件编程的方法设计和开发ASIC(专用集成电路)芯片,极大地提高芯片的研制效率、降低开发费用。

通过应用FPGA技术,较好地为某型雷达告警设备的配套检测仪器实现了模拟雷达信号发生器ASIC芯片的设计,该芯片能够提供某型雷达告警设备测试过程中所需的多种典型的重频脉冲及制导信号等,其中包括SA-6重频信号、SA-2重频脉冲及制导信号、SA-3重频脉冲及制导信号、雷达脉冲视频等。所设计的ASIC芯片的性能较为理想。

模拟雷达信号发生器的结构

模拟雷达信号发生器的结构如图1所示。可以看到,模拟雷达信号发生器由连续波雷达模拟信号CW开关、制导信号SA-2开关、制导信号SA-3开关、时钟脉冲产生器、输出1、输出2和产生模拟雷达信号的控制芯片组成。上述开关都是高电平有效,开关的消抖动电路放在控制芯片部分考虑。时钟脉冲产生器由外部的晶体振荡器产生一个频率稳定的1MHz时钟脉冲,用来满足信号脉冲宽度的要求。“CW开关有效时,输出2”输出连续波雷达达模拟信号;“SA-2开关有效时,输出2”输出SA-2的重频脉冲,频脉冲,输出1”输出SA-2的指令信号组;“SA-3开关有效时,输出2”输出SA-3的重频脉冲,输出1”输出SA-3的指令信号。

ASIC芯片的设计

1芯片主要性能指标

1)产生连续波雷达模拟信号:重频3012Hz,脉宽1μs±01μs

2)产生制导信号SA-2重频脉冲:重频2463Hz,脉宽05μs±01μsSA-2指令信号组:重频2463Hz,每秒132个单指令,44个指令组,指令脉宽1μs±01μs

3)产生制导信号SA-3重频脉冲:重频3497Hz,脉宽05μs±01μsSA-3指令信号同SA-3重频脉冲等。

芯片的输出和输出信号定义如下:

输入信号:连续波雷达模拟信号输入;制导SA-2输入;制导SA-3输入;时钟脉冲输入等。

输出信号:输出1;输出2

2芯片结构

该芯片分为10个子模块,如图2所示。各子模块的作用如下:

二分频电路

时钟脉冲输入CLK频率为1MHz,一方面为203分频及脉宽整形电路、143分频及脉宽整形电路提供1μs的方波,使二个脉宽整形电路产生05μs脉宽信号;另一方面CLK经二分频电路产生500kHz信号,提供给203分频及脉宽整形电路、143分频及脉宽整形电路、166分频及脉宽整形电路作为分频电路的输入信号,同时提供给消抖动电路及编码器、166分频及脉宽整形电路、185分频及脉宽整形电路用来产生1μs脉宽信号。

消抖动电路及编码器

消抖动电路能消除开关的(文内未见有提及机械开关,如电路开关应是上升、下降边沿抖动对输出的影响,它分别将开关的输入信号转变为1μs脉宽的输出信号。CW开关、SA-2开关、SA-3开关信号经编码后产生对应的码元000110信号,控制选择器工作。

各分频及脉宽整形电路

5个分频电路按功能的要求产生各自的重频频率,再经脉宽整形电路产生出符号各信号脉冲宽度(1μs05μs)的脉冲。如:203分频及脉宽整形电路产生2463Hz05μs脉宽的信号;166分频及脉宽整形电路产生3012Hz1μs脉宽的信号;143分频及脉宽整形电路产生3097Hz05μs脉宽的信号;185分频及脉宽整形电路产生132Hz1μs脉宽的信号;3分频电路产生44Hz方波信号。

SA-2指令组形成电路

2463Hz132Hz44Hz信号一起加到SA-2指令组成电路,产生一组脉冲序列,构成每秒132个单指令、44个指令组。在560μs内只有一个脉冲,称为单指令,有2个或更多脉冲,称为指令组。

选择器

依据编码器输送来的码元,选择器输出对应的工作状态。当码元为“00”时,“OUT2”输出连续波雷达模拟信号;码元为“01”时,“OUT2”输出SA-2的重频脉冲,“OUT1”输出SA-2的指令信号组;当码元为“10”时,“OUT2”输出SA-3的重频脉冲,“OUT1”输出SA-3的指令信号。

3控制芯片VHDL语言描述

由芯片的结构可以看出,6个分频器电路除了它们的分频系数不同外,VHDL(甚高速集成电路描述语言)的结构是类似的,稍加改变便可设计成各自独立的元件单元。脉宽整形电路可设计成标准的基本单元,以元件形成供4个脉宽整形电路和消抖动电路调用。SA-2指令组形成电路、编码器和选择器分别设计成独立的元件单元。将上述各单元按它们的信号关系连接起来,便构成了芯片构造体描述。该设计直接采用VHDLRTL(寄存器传输描述)方式,来简化设计步骤和缩短设计时间。其VHDL硬件描述语言主程序流程图如图3所示。

结束语

       我们采用VHDL硬件描述语言,通过MAX+PLUS Ⅱ开发平台,经编译、仿真无误后,写入Altera公司EPM7064S器件中,经调试,其性能完全达到设计要求。

  • 关键词:
  • FPGA
  • 雷达
  • 通信
  • 模拟信号
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