簡介

坤馳科技自主研發(fā)的QT7012+QT7125+是一款支持交流耦合寬帶信號輸入的高精度高速數(shù)據(jù)采集卡，它具有12bit分辨率,、2通道和5GSPS采樣率的指標,。板載FPGA具備實時信號處理能力，可以進行大數(shù)據(jù)量的實時信號處理，配備寬帶實時頻譜分析功能,，頻率范圍10MHz~8GHz,，實時頻譜分析帶寬500MHz；具備外部參考時鐘輸入以及外部觸發(fā)輸入及觸發(fā)輸出接口,。這些特性使QT7012+QT7125+成為無線電監(jiān)測,、寬帶頻譜感知、無線通信測試測量儀表等應用領(lǐng)域進行信號采集和分析的理想工具,。

應用

無線電監(jiān)測

寬帶頻譜感知

無線通信測試測量

主要規(guī)格

l最大支持2通道同步采集,；

l5GSPS采樣率；

l12bit轉(zhuǎn)換精度,；

l全功率模擬帶寬（-3 dB）：8GHz

l直流耦合,，50歐姆輸入阻抗；

l輸入量程：0.8Vpp（典型值）,；

l板載4GB DDR4存儲器,；

l支持外部參考時鐘輸入：10MHz(典型值)，0dBm~ +10dBm

l支持外部觸發(fā)輸入和輸出：3.3V LVCMOS或LVTTL,；

lPCI Express 3.0 x8數(shù)據(jù)傳輸接口,，傳輸帶寬可達5.8GB/s,；

lFPGA支持定制信號處理算法邏輯開發(fā),。

寬帶頻譜分析及平滑濾波功能

l實時帶寬：500MHz@750Msps(IQ)；

l時域加窗：矩形窗,、漢寧窗,、漢明窗、布萊克曼窗

lFFT點數(shù)：1024/2048/4096/8192/16384,；

lFFT輸出：頻域IQ幅度值,、頻域IQ功率dB值；

l支持平滑濾波：

原始采樣數(shù)據(jù)相鄰兩樣點累加平均,；

原始采樣數(shù)據(jù)相鄰四樣點累加平均,；

寬帶頻譜分析示例

輸入單音信號中心頻率為1511MHz，信號功率為0dBm,，F(xiàn)FT點數(shù)為16384點,，窗函數(shù)為矩形窗，NCO頻率為1500MHz,。頻譜分析結(jié)果如下圖所示：

圖2矩形窗頻譜分析圖

輸入單音信號中心頻率為1511MHz,，信號功率為0dBm，F(xiàn)FT點數(shù)為16384點,，窗函數(shù)為漢寧窗,。NCO頻率為1500MHz。頻譜分析結(jié)果如下圖所示：

圖3 漢寧窗頻譜分析圖

原始信號平滑濾波采集示例

輸入單音信號中心頻率為100MHz，信號功率為0dBm,，采樣率5Gsps,，原始信號采集。信號時域如下圖所示：

圖4 5Gsps采樣率信號時域圖

輸入單音信號中心頻率為100MHz,，信號功率為0dBm,，相鄰兩樣點平滑濾波后采樣率2.5Gsps。信號時域如下圖所示：

圖5 平滑濾波后2.5Gsps采樣率信號時域圖

輸入單音信號中心頻率為100MHz,，信號功率為0dBm,，相鄰四樣點平滑濾波后采樣率1.25Gsps。信號時域如下圖所示：

圖6 平滑濾波后1.25Gsps采樣率信號時域圖

系統(tǒng)框圖

圖7 系統(tǒng)框圖

寬帶實時頻譜分析系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)鍵模塊介紹如下：

ADC實現(xiàn)功能描述：經(jīng)過射頻前端處理的小信號經(jīng)過ADC射頻直接采樣得到5GSPS實信號,。該實信號傳輸?shù)紽PGA采用JESD204B協(xié)議接口,。

JESD204B: FPGA內(nèi)部JESD204B接口模塊，用于對ADC傳輸?shù)紽PGA的5GSPS實信號的接收處理,，恢復出實信號,。

5GSPS實信號：送入DDC模塊，實現(xiàn)實信號正交解調(diào)為IQ信號,，經(jīng)過抽取濾波與插值濾波配合,，得到750MSPS基帶IQ信號。

DDC：該模塊內(nèi)部包含NCO,，NCO頻率可配置,，可以實現(xiàn)對NCO中心頻率信號的正交解調(diào)并將信號搬移至復基帶。復基帶信號I與Q采樣率為5GSPS,。對IQ兩路信號經(jīng)過FIR濾波器低通濾波,，濾除高頻分量。然后再進行抽取率為20/3的濾波抽取,，使輸出信號滿足750MSPS采樣率要求,。為達到20/3的抽取率，設計3級抽取與插值配合的級聯(lián)濾波器,。第一級為5倍抽取率的抽取濾波器,，使用FIR濾波器實現(xiàn)，數(shù)據(jù)速率降為1GSPS; 第二級為3倍插值率的插值濾波器,，使用FIR濾波器實現(xiàn),，數(shù)據(jù)速率升高為3GSPS；第三級為4倍抽取率的抽取濾波器,，使用FIR濾波器實現(xiàn),，數(shù)據(jù)速率降為750MSPS。

窗函數(shù)系數(shù)生成模塊：按照上位機配置的窗函數(shù)類型,，自動生成窗函數(shù)系數(shù),。常用的窗函數(shù)有：矩形窗、Hanning、Hamming,、Blackman-Harris窗等,。時域加窗能夠有效降低FFT輸出的信號泄露，也可以提升FFT頻譜分析的準確性,。在選擇窗函數(shù)時,，需要考慮窗函數(shù)主瓣的寬度，第一旁瓣的電平以及旁瓣隨頻率增加而減小的速度,。

時域加窗：該模塊負責把DDC輸出的IQ兩路信號與窗函數(shù)系數(shù)進行一定時間長度的點乘處理,。如果實現(xiàn)16384點FFT，則需要連續(xù)的16384個IQ樣點與相應長度的窗函數(shù)系數(shù)點對點相乘,，完成時域加窗處理,。

FFT： 對加窗后的時域IQ樣點進行快速傅里葉變換。FFT點可配置,，支持：1024/2048/4096/8192/16384,。

平滑濾波：對原始采樣信號進行兩種簡單平滑濾波，一種為相鄰兩點的累加平均濾波,；另一種為相鄰四點的累加平均濾波,。

可選擇原始采樣信號或者平滑濾波后的采樣信號上傳至上位機。寬帶頻譜分析后上傳至上位機的數(shù)據(jù)源,，可以是頻域IQ數(shù)據(jù),，也可以為頻域功率dB值。上述各種信號通過PCIe接口上傳到上位機,。

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