基于AD9371射频集成芯片的多通道宽带同步采集系统

前言

ADI公司继AD9361之后又发布了AD9371射频集成芯片，从该集成芯片的器件手册上我们可以看到，AD9371的功能和射频性能上都比AD9361好，且接收最大带宽可达100MHz，发射带宽最大可达250MHz，增加了监测通道和侦测通道。该芯片的性能和功能上优势可以应用到MIMO通信、信号监测、频谱分析、数据采集等众多领域。但是改芯片实际应用性能究竟如何？如何将该芯片的优势好好的使用起来？今天我就以其中一个实际应用——多通道宽带同步采集系统为大家展示如何将射频集成芯片AD9371应用起来。

一、摘要
本文为大家介绍了一种由宽带射频子卡FMC205和数字基带板卡USDR_U3构成的多通道宽带同步采集系统方案。FMC205是定为公司采用射频集成芯片AD9371研发的一款宽带射频前端FMC子卡，每个FMC205拥有两个发射通道和两个接收通道。USDR_U3是以6U CPCI标准设计的基带板卡，该板卡上拥有两块K7 325T FPGA和三个FMC插槽可供用户使用。
本方案使用两块FMC205和两块USDR_U3构成了一个4通道的同步信号采集系统。每个FMC205插在一个U3板卡FMC插槽上构成一个两通道宽带射频采集卡，再将两块U3插入到一个CPCI机箱内，并通过U3的另一个FMC插槽提供同步时钟和触发信号，这样两个两通道的信号采集卡就构成了一个4通道的同步采集系统。最后通过电脑端的数据采集控制软件和分析软件就可以将数据采集并上传到PC端进行观察和分析。
通过本文所述系统方案，用户可以快速实现多通道宽带同步采集系统的搭建。从而加速无线信号采集、频谱监测、分布式定位及测向等领域的开发速度。
关键字：AD9371 Kintex-7 多通道同步采集

二、需求背景

多通道宽带同步采集系统在通信行业有着很重要的地位，不仅瞬时带宽宽，而且要求多个通道同时采样时通道间时延小。这样的多通道宽带同步采集系统可以应用到数据采集、频谱监测、侧向、定位等多个领域当中。

三、原理及框图

该多通道宽带同步采集系统使用2片AD9371作为4路射频前端采集，使用两片XILINX Kintex-7 325T作为数据处理中心。通过AD9371采集到的4路信号，经过Kintex-7处理后缓存在DDR3中，然后通过网口将数据发送到PC端。

四、系统实现

硬件实现

该系统有2块接收前端FMC205板卡，2块数字信号处理U3板卡，以及1台适配该系统的采集分析显示软件的PC。
首先利用2块FMC205接收前端构成4路接收采集通道，采集300MHz~6GHz的频段内的有用信号，通过U3数字信号处理板卡将采集下来的信号整理后发送到PC端，在PC端通过对原始数字信号进行时域以及频域的分析显示，此系统中PC具有双网口功能通过2根网线与2块U3连接，通过发送同步采样命令使得2块搭载FMC205的U3进行同步采样。
2. 软件实现

a) 数据采集软件
下图为该系统的信号采集软件，通过此软件可以将FMC205接收前端的模拟信号以数字的方式采集下来存放到指定路径。

a) 信号处理显示软件
下图为该系统的信号处理显示软件，通过此软件可以将信号采集软件生成的BIN文件进行分析显示时域和频域波形。

a) FMC205配置软件
下图为FMC205的配置软件，通过此软甲可以对FMC205的射频参数进行配置。

五、系统实测及评估

测试平台搭建
该系统平台搭建按照下图所示，准备好一个标准CPCI机箱，2块搭载FMC205的U3处理平台，还需要在U3上插上DDR3内存条，将2根网线分别连接到U3与PC端，然后在FMC205接收通道连接上4根射频线到信号源上，在PC端准备好所需的FMC205配置软件、信号采集软件、信号处理显示软件。
测试步骤

开机CPCI机箱电源
加载系统配置的FPGA代码
等待FMC205状态指示，通过FMC205配置软件配置射频参数
通过信号采集软件采集所需要的信号
通过信号处理显示软件显示采集到的信号
观察采集下的信号

测试分析
通过实测该系统很好的完成了4路接收通道同步采集信号，具有100MHz的接收带宽以及300MHz~6GHz接收频段。
系统指标

六、总结
通过对该系统采集的4路信号进行分析得出，很好的达到同步采集的要求。通过使用基于AD9371设计的FMC205板卡作为采集前端可以将300MHz至6GHz频段的信号采集下来，而且在不需要连接外部接收放大器的情况下就可以接收-100dBm左右的小信号，极大的减少了硬件搭建的调试时间。在该系统中的U3数字板卡以及FMC205射频板卡都是基于可重构的思想设计，可以快速的堆叠搭建6通道8通道或者更多的通道采集。在后续的功能扩展上可以将发射通道利用起来搭建一个多通道的任意射频信号发生器，以及利用4路收发通道构建4*4MIMO。