基于FPGA的AD信号采集自适应系统的设计与实现.pdf

本文针对军用红外领域中对探测距离的需求，设计了一种基于FPGA的AD信号采集自适应系统，以提高探测器模拟信号采集的精度，减少延迟，并实现零相移。FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）是一种可以通过编程来实现专用集成电路芯片功能的半导体器件，它具有高密度、高性能、高灵活性等特点，在信号处理、通信系统、军事电子等领域广泛应用。 自适应系统的设计主要是为了确保在不同的电路板布局和布线情况下，模拟信号到数字信号转换的通路保持一致，从而保证数据采集的准确性和可靠性。文章中提到的AD9653是一款高性能的模数转换器（ADC），支持16位分辨率和125MSPS的采样率，能够实现高速且高精度的模数转换。 系统硬件设计的关键在于FPGA和AD9653的高效配合。在FPGA内部，通过逻辑编程控制AD9653芯片，实现对模拟信号的精确控制和转换。信号采集的时序图和设计流程图展示了整个信号采集和处理过程中的关键步骤和时序关系。 文章中还提到了FPGA内的硬件逻辑资源SelectIO，它负责处理每个通道上的信号，实现自适应调整，以适应不同的信号特征。SelectIO技术使得FPGA能够对每路通道上的信号进行位滑移（bitslip）自动调整，确保各路通道数据保持相位一致性。 该系统的实现过程，首先是在XILINX公司的Zynq-7000系列器件上，通过FPGA逻辑实现对AD9653芯片的控制。然后，通过FPGA进行串并转换，处理多路图像数据。在这个过程中，FPGA通过SPI接口控制模块对通道间的相位差别进行调整，保证数据同步。 系统的组成框图展示了从探测器前端到数据处理的完整流程。模拟信号首先经过跟随器，然后进入差分运放，将单端信号转换为差分信号。接着，信号进入FPGA的ISERDESE2模块，在这里，通过FPGA逻辑控制实现串并转换，将差分信号转换为多路并行数字信号输出。 此外，文章还强调了在高速数据采集过程中保证数据稳定性和减少数据丢失的重要性。特别是在红外成像系统中，前端探测器的成像质量直接决定了整个系统的性能。因此，如何在高速条件下实现稳定的数据采集和准确的相位同步是成像系统设计中的关键问题。 本文介绍的基于FPGA的AD信号采集自适应系统，不仅在理论和方法上为相关领域的研究者提供了参考，而且在实际的军事和民用红外探测领域中具有重要的应用价值。通过这种自适应系统，可以有效地提高图像探测器的成像质量，增强红外成像系统的探测能力。随着技术的发展和应用需求的增长，这类高性能信号采集与处理系统将会得到更广泛的应用。