CPLD在合成孔径雷达目标模拟视频板设计中的应用
摘 要：本文介绍了一种合成孔径雷达目标模拟视频板卡的设计实例,它采用Altera公司的EMP7128S及MAX+PLUS-II 开发系统实现。由于采用该器件,简化了电路设计,减小了设备体积,同时也使设备的可靠性和设计的灵活性大大提高。
关键词：合成孔径雷达;FPGA/CPLD;PCI接口;乒乓结构
引言
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是以合成孔径原理和脉冲压缩技术为理论基础,以高速数字处理和精确运动补偿为前提条件的高分辨率成像雷达。对于合成孔径雷达成像处理来说,仅有目标的原始数据是不够的,还必须获得雷达和载机的参数,例如时钟频率,回波延迟时间等,而且所设计的接口板卡必须具备完成PCI卡参数交互和数据传送的功能。
本系统采用Altera公司的CPLD并配以开发软件,可在计算机上进行各种电路设计和修改,并可对电路特性进行仿真模拟,最后将设计方案下载到该器件中,这样可实现高度集成和精确的电路设计,降低设计成本,提高设计效率和电路的可靠性。
系统结构
本系统主要由PCI控制器、CPLD逻辑控制器、FIFO存储器、两路双端口ADC以及二选一低通滤波器组成。系统原理如图1所示,其工作过程为：首先存储在硬盘的数据在驱动程序控制下调入内存,之后通过PCI总线送入PCI9056的内部FIFO存储器,然后转送至视频卡中的FIFO存储器。每一组存储于FIFO的16k×32bit数据对应一个雷达回波I/Q信号。之后在外同步信号SOT的作用下,按外部时钟CLK的驱动速率将数据直接送入两路8位DAC。由DAC输出I/Q模拟信号经二选一低通滤波器输出至50W I/Q视频端口,完成数据传送与转换任务。回波数据传输前,先进行预处理,调整数据结构,使其成为32位、包括2字节I和2字节Q信号。数据采用高速的DMA传输方式送至PCI9056,并将数据写入32位FIFO,进而分别送到两个DAC。本设计中的DAC采用乒乓结构,工作频率为输入时钟的2倍。通过这种机制,使PCB板传输的信号频率降为原采样频率的1/2,这有利于选用电平转换和倍频器等相关器件。数据经过D/A转换后,由CPLD选通相应的滤波器(控制信号来自于系统写入CPLD的工作方式字和延时控制字)。
主要电路组成与设计原理
PCI接口设计
本设计的PCI接口采用PLX公司的专业总线接口芯片PCI9056,它是32位、66MHz的PCI总线主控I/O加速器,适用于通用的32位、66MHz的局部总线设计。根据系统要求,70MHz采样的数据点共有4096个(8k), 210MHz采样的数据点共有8192个(16k),雷达脉冲重复频率一般在50~2000Hz之间,按照最大数据吞吐量来计算,在500ms的时间内要通过PCI总线传完16k个数据, 因此I、Q信号一路数据传送速率16k÷(500×10-6)=32MB/s
