基于FPGA和DSP的高速数据采集系统的设计

　　1 引 言

　　数据采集与处理系统的设计是现代信号处理系统的基础，被广泛应用于雷达、通信、图像处理、遥感遥测等领域。随着信息科学的高速发展，人们面临的信号处理任务越来越繁重，对数据采集处理系统的要求也越来越高。特别是在移动通信领域，基站和手机的物理信道处理都是实时信号处理。实时信号处理系统要求具有处理大数据量和高速数据的能力，以保证系统的实时性。这就对数据采集与处理系统提出了新的更高的要求，即高速度、高精度和高实时性。

　　对数据采集与处理系统的设计，有以下3种方案可供选择：

　　(1)A/D+DSP方案

　　在传统的高速信号处理中，大多采用这种方案。将A/D、D/A芯片直接与DSP相连，由DSP来完成数字信号处理算法。目前主要的高端数字信号处理器有TI公司的DSP和AD公司的ADSP。该方案的优点在于：设计简洁，所需芯片数量少。缺点是：在数据转换通道多的情况下，由于DSP对各个转换芯片的访问时间是分时进行的，因此DSP需要花大量的时间与各个芯片进行数据交换，相应地用于计算的时间大大减少，无法满足读入(或输出)数据的并行要求。

　　(2)ASIC方案

　　专用集成电路(ASIC)构成的系统，其基本特征是功能固定、通常用于完成特定的算法。其缺点在于设计上受ASIC厂商设计思路限制，不具备可编程和可扩展性，并且设计周期长、成本高。

　　(3)A/D+DSP+FPGA方案

　　在DSP和A/D芯片间增加FPGA。FPGA是整个系统的时序控制中心和数据交换桥梁，而且能够实现对底层的信号快速预处理，在很多信号系统中，底层的信号预处理算法要处理的数据量大;对处理速度要求高，但算法结构相对简单，适于用FPGA进行硬件编程实现。其优点是：可实现多通道数据采集的并行处理;FPGA的设计全部用硬件描述语言来完成，便于修改调试;FPGA的外围电路出了配置芯片外，不需要附加任何外围电路，集成度高，可靠性强。

　　综合比较以上3种方案，在对WCDMA数字基带接收机的设计中，采用了第三种方案，其结构框图如图1所示。

　　2 器件选型

　　2.1 A/D采样芯片

　　由于射频模块输出的是I，Q两路正交基带信号，因此为保证I，Q两路采样时间相同，系统中使用单芯片双路A/D采样芯片。考虑到WCDMA基带信号带宽为5 MHz，根据低通采样定律可知，A/D采样芯片的采样频率不能低于10 MHz。综合以上考虑，选用了AD公司的双通道数模转换器AD9281作为系统的采样芯片。

　　采样芯片AD9281采用双通道设计，工作频率为28 MS/s，是目前市场上高性能的双通道8位ADC。AD9281具有以下特点：