朱文松 朱亮 王強

摘要：隨著無線通訊設(shè)備的普及，對利用無線通訊進(jìn)行非法活動的監(jiān)管和控制顯得越來越重要，本文針對某無線通訊管控設(shè)備的需求，設(shè)計并實現(xiàn)了通用激勵波形產(chǎn)生模塊。采用高速DAC，保證了系統(tǒng)對波形復(fù)雜度和帶寬的要求；大容量存儲器的配置，提供了足夠的空間固化不同模式的波形；模塊選用現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）實現(xiàn)邏輯控制，并設(shè)計了多種通訊接口和控制端口。系統(tǒng)實際聯(lián)調(diào)和使用表明該模塊功能完善、性能穩(wěn)定、通用性強。

關(guān)鍵詞：無線管制 DAC 波形產(chǎn)生

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0130-01

隨著社會發(fā)展，無線通訊設(shè)備已經(jīng)廣泛的融入到我們的生活，如廣播電視、手機、無線網(wǎng)絡(luò)等等，這些極大的便利和豐富了我們生活，同時也給監(jiān)管帶來了挑戰(zhàn)。如非法商人為牟利搭建的私人廣播電臺；一些具有無線通訊的設(shè)備，非法占用通訊頻段，；大型考試中利用手機作弊的非法行為，嚴(yán)重干擾考試公正。特別非法分子利用無線通訊設(shè)備，給公共安全帶來的危害，使得對利用無線通訊進(jìn)行非法活動的監(jiān)管和控制顯得非常重要。

1 激勵波形模塊

模塊主要包括兩路波形輸出，兩路時鐘輸入（DAC工作時鐘和系統(tǒng)工作時鐘），主控制器，大容量存儲器，TTL和差分IO信號，高速GXB接口，網(wǎng)口，RS422接口，溫度傳感器等。模塊采用FPGA（EP4SGX180）作為主控制器，系統(tǒng)工作時，F(xiàn)PGA將波形數(shù)據(jù)通過高速差分接口送給DAC，由DAC產(chǎn)生需要的波形。同時，F(xiàn)LASH（PC28F00AP30EF）和SRAM（CY7C1470V33-167AXI）的讀寫、TTL和差分控制信號的輸入輸出也由FPGA控制。另外FPGA還負(fù)責(zé)解析高速serdes、網(wǎng)口和RS422口的協(xié)議。

1.1 AD9783

模塊波形主要由高速DAC產(chǎn)生，模塊選用的AD9783是一款高性能、高動態(tài)范圍、雙通道DAC，具有16bit分辨率，最高工作速度達(dá)到500MHZ。具有多種混頻模式，可以在第一奈奎斯特區(qū)輸出高質(zhì)量的信號，采用適合的混頻模式可以使得信號在第二奈奎斯特區(qū)輸出。目前主要應(yīng)用在無線通訊、RF信號發(fā)生器、任意波形發(fā)生器等領(lǐng)域。

1.2 低噪聲設(shè)計

激勵波形模塊使用14 層板設(shè)計，為了減小系統(tǒng)本底噪聲。并在設(shè)計中采取了多種措施抑制噪聲（1）模塊間低噪聲設(shè)計，地環(huán)路噪聲是影響系統(tǒng)噪聲水平的一個重要原因，激勵波形模塊與系統(tǒng)其他各個模塊之間信號盡量采用差分線連接，將地環(huán)路噪聲降到最小，特別是數(shù)字對模擬的影響。（2）激勵波形模塊低噪聲設(shè)計，主要體現(xiàn)在以下三個方面：①選擇低噪聲的器件。②采用分離電源設(shè)計，模塊數(shù)字電源和模擬電源分別供入模塊。③分離地處理，同電源設(shè)計類似，模塊地分為模擬地和數(shù)字地。④信號隔離，模塊與上位機主通信口采用光通信方式，不僅通信速度快，同時上位機復(fù)雜的電磁環(huán)境對模塊的影響最小。通過模塊的調(diào)試和系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)表明，以上幾種措施可以有效提高模塊輸出波形信號的質(zhì)量。

2 FPGA設(shè)計

模塊選用FPGA作為主控制器，其主要任務(wù)有：（1）負(fù)責(zé)通信：處理光通信口數(shù)據(jù)收發(fā)、網(wǎng)口的數(shù)據(jù)收發(fā)、RS422串口的數(shù)據(jù)收發(fā)。（2）負(fù)責(zé)存儲器讀寫：FLASH、SRAM的讀寫控制。（3）負(fù)責(zé)波形數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和處理。（4）負(fù)責(zé)AD9783的配置、將波形數(shù)據(jù)并通過高速LVDS送給AD9783產(chǎn)生模擬波形。（5）負(fù)責(zé)溫度傳感器的讀取。（6）根據(jù)外送的電時序或高速光通信口解析出來的光時序，產(chǎn)生變頻、濾波器、功放等模塊的門套TTL控制信號等。

針對不同的干擾目標(biāo)、不同的工作環(huán)境，需要有不同的激勵波形，激勵波形有兩種產(chǎn)生方法：（1）上位機通過通信口發(fā)送指令，產(chǎn)生特定的波形（線性調(diào)頻信號，點頻，BPSK等等），或者是上位機的信號處理模塊通過特定的算法仿真出來的激勵波形數(shù)據(jù)，之后通過高速光通信口直接送給激勵模塊，激勵模塊FPGA只做協(xié)議解析和數(shù)據(jù)拼接，按照一定的時序送給DAC產(chǎn)生模擬波形。這種方式的優(yōu)點是系統(tǒng)可以根據(jù)工作環(huán)境設(shè)置不同的參數(shù)，信號處理板根據(jù)這些參數(shù)，靈活、實時產(chǎn)生激勵波形，從而達(dá)到最優(yōu)的無線管制效果，但是，系統(tǒng)必須配置較復(fù)雜的信號處理板，成本較高，另外這種方式需要通過高速的光通信口傳輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)架構(gòu)較復(fù)雜，穩(wěn)定性和可維護性降低。（2）系統(tǒng)工作時不再配置信號處理板，只在首次固化波形時使用一次。事先將仿真波形存儲在激勵模塊的非易性FLASH中，系統(tǒng)上電工作時，根據(jù)激勵模塊上雙排開關(guān)的選擇，將需要的波形數(shù)據(jù)從FLASH中讀出，寫入可以高速讀取的SRAM中，之后按照一定的時序?qū)⒉ㄐ螐腟RAM讀出，在經(jīng)過內(nèi)插濾波處理后生成高速波形數(shù)據(jù)，送給DAC。從SRAM讀出的波形為基帶波形，所以在基帶波形進(jìn)入FPGA后，還必須經(jīng)過內(nèi)插濾波器的處理。這種方法，系統(tǒng)工作時，不需要信號處理板，也不需要高速光通信口，系統(tǒng)架構(gòu)簡單，成本較低，可靠性較高。

3 測試

對激勵模塊進(jìn)行了功能測試、性能測試以及各種環(huán)境試驗。功能測試主要檢驗系統(tǒng)工作是否正常，穩(wěn)定，包括軟件和硬件以及二者交互。性能測試主要考察激勵模塊輸出波形的質(zhì)量，測試結(jié)果表明激勵模塊各項性能指標(biāo)滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

根據(jù)無線通訊管制設(shè)備對激勵波形的要求，設(shè)計并實現(xiàn)了通用激勵波形模塊。通過對激勵波形模塊配置高速DAC、大容量FLASH、SRAM存儲器、大密度FPGA、多種通信接口等等，使得模塊的功能性和通用性較強。另外多種噪聲抑制措施的采用，使得模塊的本底噪聲較低，干擾較小，激勵波形質(zhì)量較高。另外，提供二種波形產(chǎn)生辦法，用戶可根據(jù)自身的需求，選擇具體的配置。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧耀華，吳黎明，張力鍇.基于FPGA的雙DDS任意波發(fā)生器設(shè)計與雜散噪聲抑制方法[J].儀器儀表學(xué)報，2009，30（11）：2255-2261.

[2]鄭裕峰，王永綱.用于IRFPA測試的高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2008，23（3）：362-366.