高速信号

高速信号:通常我们定义，一个信号边沿的上升时间如果小于等于4~6 倍的信号传输延时，则认为该信号是高速信号，对该信号的分析要引入传输线理论，而该信号的设计也要考虑信号完整性问题。如对于一个10MHz 的信号，假设其边沿的上升时间为1ns，而常见的FR- 4 基材的P CB 的表层走线的传输速度为180ps/inch。可以推算，如果该信号从源端到宿端的走线长度超过了28000mil，就必须作为高速信号对待了。

阻抗不匹配可能带来的问题

阻抗不匹配可能引起很多信号质量问题，最常见的包括过冲、振荡、台阶、回沟等。这些信号质量问题可能会给电路的可靠工作埋下隐患甚至导致系统完全失效。

（1）过冲

过冲多是由于驱动太强或匹配不足而导致，过冲的幅度如果超过了芯片允许的最大输入电压，则会对芯片造成损伤，导致器件寿命大大降低。

（2）振荡

振荡多是由于传输线上电感量太大或阻抗不匹配而引起多次反射造成的。如果振荡的幅度太大同样会对器件寿命造成损伤，同时，振荡会使系统的E MC 性能劣化。另外，如果振荡的幅度超过了信号的判决电平，则会造成错误判决。（3）台阶

产生台阶的可能原因是匹配电阻过大，台阶如果出现在阈值电平附近可能会导致错误判决。

（4）回沟

产生回沟的原因可能是匹配电阻过大或串扰。回沟也会导致错误判决，而且，如果时钟信号在阈值电平附近出现回沟，则可能导致时序电路两次触发。

阻抗匹配端接策略

（1）使负载阻抗与传输线阻抗匹配，即并行端接；

（2）使源阻抗与传输线阻抗匹配，即串行端接。

如果负载反射系数或源反射系数二者任一为零，反射将被消除.一般应采用并行端接,因其是在信号能量反射回源端之前在负载端消除反射,这样可以减少噪声、电磁干扰以及射频干扰。但是串行端接比较简单，应用也很广泛。

并行端接

并行端接主要是在尽量靠近负载端的位置加上拉或下拉阻抗以实现终端的阻抗匹配，根据不同的应用环境，并行端接又可分为以下几种类型：

①简单的并行端接

②戴维宁（Thevenin）并行端接

③主动并行端接

④并行AC 端接

⑤二极管并行端接

串行端接

串行端接是通过在尽量靠近源端的位置串行插入一个电阻（典型阻值10Ω到75Ω）到传输线中来实现的。串行端接是匹配信号源的阻抗，所插入的串行电阻阻值加上驱动源的输出阻抗应大于等于传输线阻抗（轻微过阻尼）。这种策略通过使源端反射系数为零从而抑制从负载反射回来的信号（负载端输入高阻，不吸收能量）再从源端反射回负载端。

高速信号端接技术

yunyingch 发表于2010-3-1 16:46:00

阻抗不匹配可能带来的问题

（1）过冲

过冲多是由于驱动太强或匹配不足而导致，过冲的幅度如果超过了芯片允许的最大输入电压，则会对芯片造成损伤，导致器件寿命大大降低。

（2）振荡

产生台阶的可能原因是匹配电阻过大，台阶如果出现在阈值电平附近可能会导致错误判决。

（4）回沟

产生回沟的原因可能是匹配电阻过大或串扰。回沟也会导致错误判决，而且，如果时钟信号在阈值电平附近出现回沟，则可能导致时序电路两次触发。

阻抗匹配端接策略

（1）使负载阻抗与传输线阻抗匹配，即并行端接；

（2）使源阻抗与传输线阻抗匹配，即串行端接。

并行端接

并行端接主要是在尽量靠近负载端的位置加上拉或下拉阻抗以实现终端的阻抗匹配，根据不同的应用环境，并行端接又可分为以下几种类型：

①简单的并行端接

②戴维宁（Thevenin）并行端接

③主动并行端接

④并行AC 端接

⑤二极管并行端接

串行端接

阻抗匹配消除反射的端接方案

(2008-06-09 09:49:45)

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杂谈

阻抗匹配一般有5种方法。

1. 源端串联匹配。

2.终端并联匹配

3.戴维南匹配

4.RC网络匹配

5.二极管匹配

1. 源端串联匹配。一般在源端使用，R=Z0（传输线的特性阻抗）-R0(源阻抗）

1. 优点：降低过冲，增强信号完整性。产生更小E MI

2. 缺点：当TTL,CMOS器件出现在相同网络时，串联匹配不是最佳选择。

3. 当一点对多点时此方法不宜使用，因为在走线路径的中间电压只有源端的一半。

3. 终端并联匹配：此电阻值必须等于传输线所要求的电阻值。电阻的一端接信号，一端接地。简单的终端并联

匹配一般不用于TTL,COMS电路，因为他们无法提供强大的输出电流。

1. 优点：可用于一点对多点的分布负载，并且完全吸收传输波以消除反射。当分布负载用于走线路径

终端时，并联短接匹配对总线非常合适。

2. 缺点：额外增加电路功耗，降低噪声融限。在移动手持设备中很少使用。

5. 戴维南网络匹配：一个电阻上拉，一个电阻下拉。通常采用220/330,戴维南等效阻抗必须等于走线的特性阻

抗。对于大多数设计R1>R2,否则TTL/COMS电路将无法工作。

1. 优点：完全吸收发送波，消除反射。

2. 缺点：增加功耗，降低融限。

7. RC网络匹配：电阻与电容相连，电阻另一端接信号，电容另一端接地。电阻应等于走线特性阻抗。对差分信

号只需三个原件，两个电阻一个电容。

1. 优点：可在分布负载中应用，完全吸收传输波，消除反射，有很低的直流功率损耗

2. 缺点：使得告诉信号的速率变低，另外RC的时间常数会导致电路中存在反射。因此对高频，快速

上升的信号应该多加考虑。

9. 二极管网络：一般很少采用。这里不再多说。

在高速电路设计中，传输线上的信号传输与布线长度、传输介质特性、信号工作频率及驱动电流有关，这些参数直接影响着传输线的阻抗。减小和消除反射的方法是根据传输线的特性阻抗在其发送端或接收端进行终端阻抗匹配，从而使源反射系数或负载反射系数为零。

传输线的端接通常采用以下两种策略：

(1).使负载阻抗与传输线阻抗匹配，即RL＝zo。通常传输线的阻抗(几十欧姆)要远远小于器件的输入阻抗(几万欧姆)，因此如果要使接收端的输入阻抗等于传输线阻抗，只能采用负载端的并行端接。

(2).使源阻抗与传输线阻抗匹配，即Rs＝Zo。为了能够提供大的驱动能力，源端即驱动端的输出阻抗通常都比较小(十几欧姆)，一般会小于传输线阻抗。因此要使源端的阻抗与传输线阻抗相等，只能采用串行端接。

也就是说，如果负载反射系数或源反射系数二者任一为零，都将消除反射。从系统设计的角度来看，应首先选择并行端接方案，因为这种方案在信号能量反射回源端之前已经在负载端消除了反射，即使PL＝0。由于消除了第1次反射，所以可以减小噪声、电磁干扰(EMI)及射频干扰(RF I)。而串行端接技术则是在源端消除由负载端反射回来的信号，即使PL＝0和PL＝1(负载端不加任何匹配)，消除了二次反射。在发生电平转移时，源端会出现持续时间为2Td(Td为信号源端到终端的传输延时)的半波波形。不过由于串行端接技术实现起来简单方便，所以在许多应用中也被广泛使用。两种端接策略各有优缺点，以下简要介绍这两类端接方案。

数字信号处理的应用和发展前景

数字信号处理的应用与发展趋势作者：王欢天津大学信息学院电信三班摘要：数字信号处理是应用于广泛领域的新兴学科，也是电子工业领域发展最为迅速的技术之一。本文就数字信号处理的方法、发展历史、优缺点、现代社会的应用领域以及发展前景五个方面进行了简明扼要的阐述。关键词：数字信号处理发展历史灵活稳定应用广泛发展前景数字信号处理的简介 1.1、什么是数字信号处理数字信号处理简称DSP，英文全名是Digital Signal Processing。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备以数字的形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。 DSP系统的基本模型如下：数字信号处理是一门涉及许多学科且广泛应用于许多领域的新兴学科。它以众多的学科为理论基础，所涉及范围及其广泛。例如，在数学领域、微积分、概率统计、随即过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具；同时与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等学科也密切相关。近年来的一些新兴学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都是与数字信号处理密不可分的。数字信号处理可以说许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一门新兴学科的理论基础。 1.2、数字信号系统的发展过程数字信号处理技术的发展经历了三个阶段。 70 年代DSP 是基于数字滤波和快速傅里叶变换的经典数字信号处理, 其系统由分立的小规模集成电路组成, 或在通用计算机上编程来实现DSP 处理功能, 当时受到计算机速度和存储量的限制,一般只能脱机处理, 主要在医疗电子、生物电子、应用地球物理等低频信号处理方面获得应用。 80 年代DSP 有了快速发展, 理论和技术进入到以快速傅里叶变换(FFT) 为主体的现代信号处理阶段, 出现了有可编程能力的通用数字信号处理芯片, 例如美国德州仪器公司(TI公司) 的TMS32010 芯片, 在全世界推广应用, 在雷达、语音通信、地震等领域获得应用, 但芯片价格较贵, 还不能进入消费领域应用。 90 年代DSP 技术的飞速发展十分惊人, 理论和技术发展到以非线性谱估计为代表的更先进的信号处理阶段, 能够用高速的DSP 处理技术提取更深层的信息, 硬件采用更高速的DSP 芯片, 能实时地完成巨大的计算量, 以TI 公司推出的TMS320C6X 芯片为例, 片内有两个高速乘法器、6 个加法器, 能以200MHZ 频率完成8 段32 位指令操作, 每秒可以完成16 亿次操作, 并且利用成熟的微电子工艺批量生产,使单个芯片成本得以降低。并推出了C2X 、C3X 、C5X 、C6X不同应用范围的系列, 新一代的DSP 芯片在移动通信、数字电视和消费电子领域得到广泛应用, 数字化的产品性能价格比得到很大提高, 占有巨大的市场。 1.3、数字信号处理的特点

(完整word版)SerDes知识详解

SerDes知识详解一、SerDes的作用 1.1并行总线接口在SerDes流行之前,芯片之间的互联通过系统同步或者源同步的并行接口传输数据,图1.1演示了系统和源同步并行接口。随着接口频率的提高，在系统同步接口方式中,有几个因素限制了有效数据窗口宽度的继续增加。 ?时钟到达两个芯片的传播延时不相等(clock skew) ?并行数据各个bit的传播延时不相等(data skew) ?时钟的传播延时和数据的传播延时不一致(skew between data and clock) 虽然可以通过在目的芯片(chip #2)内用PLL补偿时钟延时差(clock skew)，但是PVT变化时，时钟延时的变化量和数据延时的变化量是不一样的。这又进一步恶化了数据窗口。源同步接口方式中，发送侧Tx把时钟伴随数据一起发送出去, 限制了clock skew对有效数据窗口的危害。通常在发送侧芯片内部，源同步接口把时钟信号和数据信号作一样的处理，

也就是让它和数据信号经过相同的路径，保持相同的延时。这样PVT变化时，时钟和数据会朝着同一个方向增大或者减小相同的量,对skew最有利。我们来做一些合理的典型假设，假设一个32bit数据的并行总线， a)发送端的数据skew = 50 ps ---很高的要求 b)pcb走线引入的skew = 50ps ---很高的要求 c)时钟的周期抖动jitter = +/-50 ps ---很高的要求 d)接收端触发器采样窗口= 250 ps ---Xilinx V7高端器件的IO触发器可以大致估计出并行接口的最高时钟= 1/(50+50+100+250) = 2.2GHz (DDR)或者1.1GHz (SDR)。利用源同步接口，数据的有效窗口可以提高很多。通常频率都在1GHz以下。在实际应用中可以见到如SPI4.2接口的时钟可以高达DDR 700MHz x 16bits位宽。DDR Memory接口也算一种源同步接口，如DDR3在FPGA中可以做到大约800MHz的时钟。要提高接口的传输带宽有两种方式，一种是提高时钟频率，一种是加大数据位宽。那么是不是可以无限制的增加数据的位宽呢？这就要牵涉到另外一个非常重要的问题-----同步开关噪声(SSN)。这里不讨论SSN的原理，直接给出SSN的公式：SSN = L *N* di/dt。 L是芯片封装电感，N是数据宽度，di/dt是电流变化的斜率。随着频率的提高，数据位款的增加，SSN成为提高传输带宽的主要瓶颈。图1.2是一个DDR3串扰的例子。图中低电平的理论值在0V,由于SSN的影响，低电平表现为震荡，震荡噪声的最大值达610mV，因此噪声余量只有1.5V/2-610mV=140mV。

高速实时数字信号处理系统技术探析

高速实时数字信号处理系统技术探析　（毛二可院士　龙腾副教授）　　高速实时数字信号处理（ＤＳＰ）技术取得了飞速的发展，目前单片ＤＳＰ芯片的速度已经可以达到每秒１６亿次定点运算（１６００ＭＩＰｓ到４８００ＭＩＰｓ）；最近ＴＩ宣布１ＧＨｚ　ＤＳＰ已经准备投产。其高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术进入一个新纪元。一个完整的高速实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如ＤＳＰ、ＡＤＣ、ＤＡＣ等等。本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的产生、特点、构成、以及系统设计中的一些问题，并对其中的主要功能模块分别进行了分析。　一、高速实时数字信号处理概述　１．信号处理的概念　信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息从各种噪声、干扰的环境中提取出来，并变换为一种便于为人或机器所使用的形式。从某种意义上说，信号处理类似于＂沙里淘金＂的过程：它并不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）从各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等等）。如果不进行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的；这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。　２．高速实时数字信号处理的产生　早期的信号处理主要是采用模拟的处理方法，包括运算放大电路、声表面波器件（ＳＡＷ）以及电荷耦合器件（ＣＣＤ）等等。例如运算放大电路通过不同的电阻组配可以实现算术运算，通过电阻、电容的组配可以实现滤波处理等等。模拟处理最大的问题是不灵活、不稳定。其不灵活体现在参数修改困难，需要采用多种阻值、容值的电阻、电容，并通过电子开关选通才能修改处理参数。其不稳定主要体现为对周围环境变化的敏感性，例如温度、电路噪声等都会造成处理结果的改变。　解决以上问题最好的方法就是采用数字信号处理技术。数字信号处理可以通过软件修改处理参数，因此具有很大的灵活性。由于数字电路采用了二值逻辑，因此只要环境温度、电路噪声的变化不造成电路逻辑的翻转，数字电路的工作都可以不受影响地完成，具有很好的稳定性。因此，数字信号处理已经成为信号处理技术的主流。　数字信号处理的主要缺点是处理量随处理精度、信息量的增加而成倍增长，解决这一问题的方法是研究高速运行的数字信号处理系统；这就是本文所探讨的主题：高速实时数字信号处理的理论与技术。　３．高速实时数字信号处理特点　　高速实时数字信号处理的特点：　首先是高速度，其处理速度可以达到数百兆量级。

FPGA在高速数字信号处理中的使用

由于成本、系统功耗和面市时间等原因，许多通讯、视频和图像系统已无法简单地用现有DSP处理器来实现，现场可编程门阵列(FPGA)尤其适合于乘法和累加(MAC)等重复性的DSP任务。本文从FPGA与专用DSP器件的运算速度和器件资源的比较入手，介绍FPGA 在复数乘法、数字滤波器设计和FFT等数字信号处理中应用的优越性，值得(中国)从事信号处理的工程师关注。 Chris Dick Xilinx公司由于在性能、成本、灵活性和功耗等方面的优势，基于FPGA的信号处理器已广泛应用于各种信号处理领域。近50%的FPGA产品已进入各种通信和网络设备中，例如无线基站、交换机、路由器和调制解调器等。FPGA提供了极强的灵活性，可让设计者开发出满足多种标准的产品。例如，万能移动电话能够自动识别GSM、CDMA、TDMA或AMPS等不同的信号标准，并可自动重配置以适应所识别的协议。FPGA所固有的灵活性和性能也可让设计者紧跟新标准的变化，并能提供可行的方法来满足不断变化的标准要求。复数乘法复数运算可用于多种数字信号处理系统。例如，在通讯系统中复数乘积项常用来将信道转化为基带。在线缆调制解调器和一些无线系统中，接收器采用一种时域自适应量化器来解决信号间由于通讯信道不够理想而引入的干扰问题。量化器采用一种复数运算单元对复数进行处理。用来说明数字信号处理器优越性能的指标之一就是其处理复数运算的能力，尤其是复数乘法。一个类似DSP-24(工作频率为100MHz)的器件在100ns内可产生24×24位复数乘积(2个操作数的实部和虚部均为24位精度)。复数乘积的一种计算方法需要4次实数乘法、1次加法和1次减法。一个满精度的24×24实数管线乘法器需占用348个逻辑片。将4个实数乘法器产生的结果组合起来所需的2个48位加法/减法器各需要24个逻辑片(logic slice)。这些器件将工作在超过100MHz的时钟频率。复数乘法器采用一条完全并行的数据通道，由4×348+2×24=1440个逻辑片构成，这相当于Virtex XCV1000 FPGA所提供逻辑资源的12%。计算一个复数乘积所需的时间为10ns，比DSP结构的基准测试快一个数量级。为了获得更高的性能，几个完全并行的复数乘法器可在单个芯片上实现。采用5个复数乘法器，假设时钟频率为100MHz，则计算平均速率为每2ns一个复数乘积。这一设计将占用一个XCV1000器件约59%的资源。这里应该强调的一个问题是I/O，有这样一条高速数据通道固然不错，但为了充分利用它，所有的乘法器都须始终保持100%的利用率。这意味着在每一个时钟来临时都要向这些单元输入新的操作数。除了具有可实现算法功能的高可配置逻辑结构外，FPGA还提供了巨大的I/O带宽，包括片上和片外数据传输带宽，以及算术单元和存储器等片上部件之间的数据传输带宽。例如，XCV1000具有512个用户I/O引脚。这些I/O引脚本身是可配置的，并可支持多种信号标准。实现复数乘法器的另一种方法是构造一个单元，该单元采用单设定或并行的24x24实数乘法器。这种情况下，每一个复数乘法需要4个时钟标识，但是FPGA的逻辑资源占用率却降到了最低。同样，采用100MHz系统时钟，每隔40ns可获得一个新的满精度复数乘积，这仍是DSP结构基准测试数据的2.5倍。这一设定方法需要大约450个逻辑片，占一个XCV1000器件所有资源的3.7%(或XCV300的15%)。构造一条能够精确匹配所需算法和性能要求的数据通道的能力是FPGA技术独特的特性之一。而且请注意，由于FPGA采用SRAM配置存储器，只需简单下载一个新的配置位流，同样的FPGA硬件就可适用于多种应用。FPGA就像是具有极短周转时间的微型硅片加工厂。

PCB三种特殊布线分享及检查方法详解

PCB三种特殊布线分享及检查方法详解手术很重要，术后恢复也必不可少！各种PCB布线完成之后，就ok了吗？很显然，不是！PCB布线后检查工作也很必须，那么如何对PCB设计中布线进行检查，为后来的PCB设计、电路设计铺好路呢？本文会从PCB设计中的各种特性来教你如何完成PCB布线后的检查工作，做好最后的把关工作！在讲解PCB布线完成后的检查工作之前，先为大家介绍三种PCB的特殊走线技巧。将从直角走线，差分走线，蛇形线三个方面来阐述PCB LAYOUT的走线：一、直角走线（三个方面）直角走线的对信号的影响就是主要体现在三个方面：一是拐角可以等效为传输线上的容性负载，减缓上升时间；二是阻抗不连续会造成信号的反射；三是直角尖端产生的EMI，到10GHz以上的RF设计领域，这些小小的直角都可能成为高速问题的重点对象。二、差分走线（等长、等距、参考平面）何为差分信号（DifferenTIal Signal）？通俗地说就是驱动端发送两个等值、反相的信号，接收端通过比较这两个电压的差值来判断逻辑状态0还是1。而承载差分信号的那一对走线就称为差分走线。差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三方面： 1、抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可被完全抵消。 2、能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。 3、时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（low voltage differenTIal signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。

高速数据采集原理分析与方案设计书

课程设计任务书学生姓名：周国阳专业班级：电信1001班指导教师：沈维聪工作单位：信息工程学院题目：高速数据采集系统原理分析和设计初始条件：数据采集是数字信号处理的前提，研究和设计数据采集系统就显得尤为重要。本课程设计题要求学生在广泛查阅资料的基础上，对高速数据采集系统技术进行分类和比较，并作相关设计。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）搜索出若干种高速数据采集系统方案并对它们进行分析和比较。（2）设计出一款高速数据采集系统。（3）对所设计的高速数据采集系统的性能指标进行分析。（4）给出系统（或部分）的仿真。时间安排：一周，其中3天设计，2天调试指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

摘要................................................. 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。Abstract............................................. I残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 1. 开发环境.......................................... 0酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 1.1仿真工具...................................... 0彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 1.2编程工具...................................... 0謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。2硬件模块........................................... 1厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 3.基本原理........................................... 3茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 3.1采样.......................................... 3鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 3.2量化与编码.................................... 3籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 3.3时钟频率合成.................................. 3預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 3.4存储技术...................................... 4渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 4. 高速数据采集系统的方案............................ 5铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 4.1单片机控制的高速数据采集系统.................. 5擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 4.2 基于MCU+FPGA组合的高速数据采集系统.......... 8贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 4.3基于DSP和ADS8364的高速数据采集处理系统..... 10坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 5.高速数据采集系统的方案分析比较.................... 12蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 6.设计系统.......................................... 14買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 6.1设计思想..................................... 14綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 6.2硬件电路..................................... 15驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 6.3电路分析..................................... 16猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 7.仿真结果及分析.................................... 17锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 7.1仿真结果..................................... 18構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 7.2结果分析..................................... 19輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 8.总结.............................................. 20尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。参考文献............................................ 21识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。附录一代码......................................... 22凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。

高速实时数字信号处理硬件技术发展概述

高速实时数字信号处理硬件技术发展概述摘要:在过去的几年里，高速实时数字信号处理（DSP）技术取得了飞速的収展，目前单片DSP芯片的速度已经可以达到每秒80亿次定点运算（8000MIPS）；其高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术迚入一个新纪元。一个完整的高速实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如DSP，ADC，DAC，RAM，FPGA，总线接口等技术本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的特点，构成，収展过程和系统设计中的一些问题，幵对其中的主要功能模块分别迚行了分析。最后文中介绍了一种采用自行开収的COTS产品快速构建嵌入式幵行实时信号处理系统的设计方法。 1．概述信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息仍各种噪声、干扰的环境中提取出来，幵变换为一种便于为人或机器所使用的形式。仍某种意义上说，信号处理类似于”沙里淘金”的过程:它幵不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）仍各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等）。如果不迚行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的，这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。高速实时信号处理是信号处理中的一个特殊分支。它的主要特点是高速处理和实时处理，被广泛应用在工业和军事的关键领域，如对雷达信号的处理、对通

信基站信号的处理等。高速实时信号处理技术除了核心的高速DSP技术外，还包括很多外围技术，如ADC，DAC等外围器件技术、系统总线技术等。本文比较全面地介绍了各种关键技术的当前状态和収展趋势，幵介绍了目前高性能嵌入式幵行实时信号处理的技术特点和収展趋势，最后介绍了一种基于COTS产品快速构建嵌入式幵行实时信号处理系统的设计方法。 2．DSP技术 2.1 DSP的概念 DSP（digital signal processor），即数字信号处理器，是一种专用于数字信号处理的可编程芯片。它的主要特点是: ①高度的实时性，运行时间可以预测； ②Harvard体系结构，指令和数据总线分开（有别于冯·诺依曼结构）； ③RISC指令集，指令时间可以预测； ④特殊的体系结构，适合于运算密集的应用场合； ⑤内部硬件乘法器，乘法运算时间短、速度快； ⑥高度的集成性，带有多种存储器接口和IO互联接口； ⑦普遍带有DMA通道控制器，保证数据传辒和计算处理幵行工作； ⑧低功耗，适合嵌入式系统应用。 DSP有多种分类方式。其中按照数据类型分类，DSP被分为定点处理器（如ADI的ADSP218x/9xBF5xx，TI的TMS320C62/C64）和浮点处理器（如ADI的SHARC/Tiger SHARC系统·TI的TMS320C67）。雷达信号处理系统对DSP的要求很高，通常是使用32bit的高端DSP；而且浮

基于TMS320C6455的高速数字信号处理系统设计

基于TMS320C6455的高速数字信号处理系统设计摘要：针对高速实时数字信号处理系统设计要求，本文提出并设计了基于dsp+fpga结构的高速数字信号处理系统，采用ti公司目前单片处理能力最强的定点dsp芯片tms320c6455为系统主处理器，fpga作为协处理器。详细论述了dsp外围接口电路的应用和设计，系统设计电路简洁、实现方便，可靠性强。关键词：tms320c6455 fpga 数字信号处理系统设计 design of high-speed digital signal processing system based on tms320c6455 cao jingzhi,he fei,li qiang，ren hui，qin wei （department of tool development,china petroleum logging co.,ltd shaan xi xi’an 710077） abstract:according to the design needs of high-speed real-time digital signal processing system.the paper puts forward a design of high-speed digital signal processing system based on dsp+fpga structure,adopting ti company fixed-point dsp chip tms320c6455,the currently strongest capacity monolithic processor,for system main processor,and fpga as coprocessor.this paper describs the application and design of dsp periphery circuit interface in detail.the system design has simple circuit and realize convenient, reliability.

高速信号采集板卡

高速信号采集板卡——从10MS/s到10GS/s采样率范围坤驰科技将于近期发布PCIe 250MS/s, 500MS/s, 1GS/s, 2.5GS/s, 5GS/s采样率高速信号采集板卡！模拟带宽可达3GHz，总线传输速率可达3GB/s。高速信号采集板卡用于应用于宽带信号采集与处理，与SATA阵列、Flash存储卡可以组建采集存储系统，与GPU可以组建实时信号处理系统。应用于超声、雷达、无线通信、软件无线电、电子对抗、电子侦察、卫星导航、复杂电磁环境模拟信号的高速采集、分析、记录、存储和数据回放。 M4i系列在采样率和分辨率方面都是最出色的。PCIe×8 Gen2 接口提非常优秀的数据流模式。拥有独立ADC的双通道或者四通道提供14bit和16bit分辨率，将满足高质量的信号采集需求。M4i家族包括： AD数据采集卡 M4i.4451-×8: 4通道500MS/s/ch 16bit PCIe高速信号采集板卡 M4i.4450-×8: 2通道500MS/s/ch 16bit PCIe高速信号采集板卡 M4i.4421-×8: 4通道250MS/s/ch 16bit PCIe高速信号采集板卡 M4i.4420-×8: 2通道250MS/s/ch 16bit PCIe高速信号采集板卡 M4i.4411-×8: 4通道130MS/s/ch 16bit PCIe高速信号采集板卡 M4i.4410-×8: 2通道130MS/s/ch 16bit PCIe高速信号采集板卡 QT系列是基于V6 FPGA设计的PCIeX8高速数据采集卡，具有有出色的动态特性，采样率指标从250MS/s到5GS/s,精度从8bit到16bit，支持FPGA开发。

高速信号采集存储记录回放系统

高速信号采集存储记录回放系统5GSPS 10bit高速信号采集存储记录回放系统主要应用于雷达、通信、电子对抗、高能物理、质谱分析、数字高清电视测试等高科技领域。西安慕雷电子在高速信号采集存储记录回放系统研发及应用领域拥有十多年经验，2013年底发布了5GSPS 10bit高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G，采集存储带宽高达6000MB/S。高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G的成功发布代表西安慕雷电子在高速信号采集存储记录回放领域为国防军事及科研领域又提供一套高性能解决方案。图一高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G采集模块高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G模块参数： ●输入接口：连接器：SMA；输入方式：AC耦合；通道数量：单通道、2通道、4通道、8通道、16通道。 ●AFE模块：高速信号采集存储记录回放系统中的信号调理模块一般采用衰减、滤波及程控增益放大器等对信号进行处理，高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G 采用低噪声宽带放大器，减少前端调理对高速信号采集存储记录回放系统动态性能影响。图二高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G前端

高速信号采集存储记录回放系统的ADC芯片采用E2V公司的EV10AQ190A，最高达5GSPS采样，模拟带宽3GHZ。图三高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G频率响应 ●时钟管理模块：高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G可选择外时钟、内时钟或参考时钟 ●FPGA模块： XILINX或ALTERA的FPGA芯片广泛用于高速信号采集存储记录回放系统中。FPGA模块开放编程是高速信号采集存储记录回放系统的必备能力。高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G采用ALTERA STRATIX5系列高性能FPGA。图四高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G ●DDR模块：高速信号采集存储记录回放系统一般都会配有DDR缓存，存储采集过程中的数据。高速信号采集存储记录回放系统MR-SYS-5G配置有16GB DDR3。

用高速DSP在频域上实现LFM信号的实时脉冲压缩

摘要：时宽带宽（tb）积较小的线性调频（lfm）信号的脉冲压缩可用a100等器件构成的横向滤波器实现；对于tb积较大的lfm信号，在时域上对其进行脉冲压缩所需的计算量和硬件量太大。本文介绍用tms320c6201 dsp在频域上实现大tb积lfm信号的实时脉冲压缩，内容包括海明加权、循环卷积、长数据分段迭加、软件流程图和硬件框图。实验结果表明，当雷达重要周期为300hz时，对tb积为320的lfm信号进行脉冲压缩后最大副瓣电平为-42.3分贝。关键词：lfm 脉冲压缩信号处理器实时信号处理匹配滤波为提高脉冲雷达或脉冲声纳的作用距离，通常有两个途径，其一是增加发射机峰值功率；其二是加大发射脉冲的宽度来提高平均发射功率。发射机的发射功率峰值受电源、功率放大器、功率传输通道（功率过大，波导等器件易打火）等限制；简单增加发射脉冲的宽度，相当于降低发射信号的带宽。为使相同时宽的脉冲增加带宽，可对发射脉冲内的载波进行线性调频；在接收端对线性调频的回波信号再进行脉冲压缩处理。经脉冲压缩后信号所具有的大的带宽能够提高测距精度和距离分辨力。宽脉冲内大的时宽能够提高测速精度和速度分辨力。因此脉冲压缩技术广泛用于雷达、声纳等系统，其中以线性调频信号的应用最为广泛。1 线性调频信号的脉冲压缩线性调频（lfm）信号是一种瞬时频率随时间呈线性变化的信号。零中频线调频信号u(t) 可表示为：u(t)=exp(jπbt2/t) -t/2<t<t/2 （1）式中，t为线性调频信号的时宽，b为带宽。对线性调频信号的脉冲压缩处理，就是让信号通过一个与其相匹配的滤波器实现的。与u(t)匹配的滤波器的冲激响应为：h(t)=exp(-jπbt2/t) -t/2<t<t/2 （2）u(t)经匹配滤波器压缩后的输出g(t)为：g(t)=u(t) *h(t) t<t<t (3)线性调频信号的突出优点是匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感，即使回波信号有较大的多普勒频移，原来的匹配滤波器仍能起到脉冲压缩的使用。这将大大简化信号处理系统。经性调频信号经匹配滤波器后的输出脉冲g(t)具有sinc(t)函数型包络，其最大副瓣电平为主瓣电压的13.2db。在多目标环境中，旁瓣会埋没附近较小目标的信号，引起目标丢失。为了提高分辨多目标的能力，可以采用加权技术。设时域加权函数为w(t)，则加权输出为： g(t)=u(t)*[h(t) ·w(t) ] (4)引入加权函数实质上是对信号进行失配处理。以抑制旁瓣，其副作用是输出信号的包络主瓣降低、变宽。即旁瓣抑制是以信噪比损失及距离分辨力变坏作为代价的。加权函数可以选择海明加权函数、余弦平方加权函数等。海明加权函数为：w(t)=0.08+0.92·cos 2（πf/b）（5）在计算机中处理时，需要将信号离散化。当信号时宽很大时，在时域上计算卷积耗时较大。因此改为在频域上实现lfm信号的脉冲压缩。 g(n)=u(n) ·h(n) (6)式中u（n）=fft[u(n)] (7)h(n)=fft[h(n) ·w(n)] (8)则：g(n)=ifft[g(n)] (9)在频域上lfm信号的脉冲压缩用循环卷积替代线性卷积进行计算。假设u（n）的长度为n1，h(n)的长度为n2,g（n）的长度为n。当n<l（l为 n1+n2-1）时，g（n）中就会出现数据混叠，混叠发生在第0点到第l-n-1点，即g(n)在0 至l-n-1点为无效数据。2 lfm信号实时脉冲压缩的实现2.1 tms320c6201简介tms320c6201 （以下简称为c6201）是美国ti公司1997年推出的定点dsp芯片。高速的数据处理能力和对外接口能力使其使用于雷达、声纳、通信、图像等实时处理系统。c6201 dsp采用甚长指令字（vliw）结构，单指令字长32bit，8个指令组成一个指令包，总字长为256bit。芯片内部设置了专门的指令分配模块，可以将每个256bit的指令包同时分配到8个处理单元并由 8个单元同时运行。最大处理能力可达2400mips。c6201的存储器寻址空间为32bit。外部存储器接口包括直接同步存储器接口，可与同步动态存储器（sdram）、同步突发静态存储器（sbsram）连接，主要用于大容量、高速存储；还包括直接异步存储器接口，可与静态存储器（sram）、只读存储器（eprom）连接，主要用于小容量数据存储和程序存储；还有直接外部控制器接口，可与fifo寄存器连接。ti公司推出了世界上第一个效率可达70%～80%的汇编语言级c编译器。对于高速实时应用，采用c语言和c6000线性汇编语言混合编程的方法，能够把c语言的优点和汇编语言的高效率有机地结合在一起，代码效率达到90%以上。2.2 硬

4路模拟信号采集系统

单片机开发与设计工程师考试文档学校：湖南人文科技学院题目：4路模拟信号采集系统学生姓名: 陈自斌易颂文起止日期:2010-6-15~2010-6-25

摘要本次设计是建立一个四路模拟信号采集系统，能处理模拟信号（0~5V），同时对信号进行循环采样并通过键盘控制输出。它主要由A/D转换模块、单片机、显示模块、控制器模块组成。其中最主要的部分是单片机和A/D转换器，首先被测模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号，然后通过单片机的处理，在数码管上不停的显示4路的采样数据，通过的给一个控制信号，可以选择的任意一路信号在数码管上面输出显示。关键词：A/D转换模块；单片机；控制模块

目录设计要求 (1) 1、方案 (1) 2、单元电路设计 (2) 2.1A/D转换模块 (2) 2.2单片机 (3) 2.3显示模块 (3) 2.4控制模块设计 (4) 3、系统软件设计 (5) 3.1系统工作流程 (5) 4、总原理图 (5) 5、调试结果及分析 (6) 7、详细仪器清单 (7) 参考文献 (8) 附录 (9)

4路模拟信号采集系统设计要求 1.4路模拟量输入，范围0-5V； 2.对4个通道的模拟量进行巡回采样，再将采集的数据进行工程量转换； 3.能通过按键切换所选通道； 4.数据在LED显示器上显示，并能够通过键盘操作切换显示不同通道的采样值。 1、方案此方案以单片机STC89C52为核心，对四路模拟信号进行循环采样输出。首先，信号通过一个A/D转换模块把模拟信号转换成数据信号，在通过STC89C52和8255的控制，由按键控制选择一路信号在LED数码管上显示。4路模拟信号采集系统原理框图如图1所示：图1 系统方框图

详解差模电压和共模电压-简单易懂

差模电压与共模电压我们需要的是整个有意义的“输入信号”，要把两个输入端看作“整体”。就像平面坐标需要用 x,y 两个数表示，而到了高中或大学就只要用一个“数”v，但这个 v 是由 x,y 两个数构成的“向量”…… 而共模、差模正是“输入信号”整体的属性，差分输入可以表示为 vi = (vi+, vi-) 也可以表示为 vi = (vic, vid) c 表示共模， d 表示差模。两种描述是完全等价的。只不过换了一个认识角度，就像几何学里的坐标变换，同一个点在不同坐标系中的坐标值不同，但始终是同一个点。运放的共模输入范围：器件（运放、仪放……）保持正常放大功能（保持一定共模抑制比 CMRR）条件下允许的共模信号的范围。显然，不存在“某一端”上的共模电压的问题。但“某一端”也一样存在输入电压范围问题。而且这个范围等于共模输入电压范围。道理很简单：运放正常工作时两输入端是虚短的，单端输入电压范围与共模输入电压范围几乎是一回事。对其它放大器，共模输入电压跟单端输入电压范围就有区别了。例如对于仪放，差分输入不是 0，实际工作时的共模输入电压范围就要小于单端输入电压范围了。

可以通俗的理解为：两只船静止在水面上，分别站着两个人，A和B。 A和B相互拉着手。当船上下波动时，A才能感觉到B变化的拉力。这两个船之间的高度差就是差模信号。当水位上升或者下降时，A并不能感觉到这个拉力。这两个船离水底的绝对高度就是共模信号。于是，我们说A和B只对差模信号响应，而对共模信号不响应。当然，也有一定的共模范围了，太低会沉到水底，这样船都无法再波动了。太高，会使会水溢出而形成水流导致船没法在水面上停留理论上，A和B应该只是对差模有响应但实际上，由于船上下颠簸，A和B都晕了，明明只有共模，却产生了幻觉：似乎对方相对自己在动。这就说明，A和B内力较弱，共模抑制比不行啊。当然,差模电压也不可以太大，否则会导致把A和B拉开。主要是 “共模是两输入端的算术平均值,差模是直接的同相端与反相端的差值”。共模电压应当是从源端看进来时，加到放大电路输入端的共同值，差模则是加到放大电路两个输入端的差值。共模电压有直流的，也有交流的。直流的称为直流共模抑制（比），交流的称为交流共模抑制（比），统称共模抑制（比）。一般

高速电路接口电平最佳详解.

高速电路（由于高速电路有很多参考资料，本文并不侧重全面讲述原理、各种匹配和计算方法，而是侧重评析一些高速电路的优缺点，并对常用电路进行推荐使用。）一、高速信号简介：常见的高速信号有几种：ECL电平、LVDS电平、CML电平其中ECL电平根据供电的不同还分为： ECL――负电源供电（一般为－5.2v） PECL――正5V供电 LVPECL――正3v3供电，还有一种2.5V供电一般情况下，常见的高速信号都是差分信号，因为差分信号的抗干扰能力比较强，并且自身产生的干扰比较小，能够传输比较高的速率。二、几种常见的高速信号： 1、PECL电平从发展的历史来说，ECL信号最开始是采用－5.2V供电的（为何采用负电源供电下面会详细说明），但是负电源供电始终存在不便，后来随着工艺水平的提升，逐渐被PECL 电平（5V供电）所替代，后来随着主流芯片的低电源供电逐渐普及，LVPECL也就顺理成章地替代了PECL电平。

PECL信号的输出门特点： A、输出门阻抗很小，一般只有4～5欧姆左右： a、输出的驱动能力很强；直流电流能达到14mA； b、同时由于输出门阻抗很小，与PCB板上的特征阻抗Z0（一般差分100欧姆），相差甚远当终端不是完全匹配的时候，信号传到终端后必然有一定的反射波，而反射波传会到源端后，也不能在源端被完全匹配，这样必然发送二次反射。正因为存在这样的二次反射，导致了PECL信号不能传输特别高的信号。一般155M、622M的信号还都在使用PECL/LVPECL信号，到了2.5G以上的信号就不用这种信号了。 c、 B、PECL信号的回流是依靠高电平平面（即VCC）回流的，而不是低电平平面回流。所以，为了尽可能的避免信号被干扰，要求电源平面干扰比较小。也就是说，如果电源平面干扰很大，很可能会干扰PECL信号的信号质量。 a、这就是ECL信号出现之初为何选用负电源供电的根本原因。一般情况下，我们认为 GND平面是比较干净的平面。因为我们可以通过良好的接地来实现GND的平整（即干扰很小）。 b、从这个角度来说，PECL信号和LVPECL信号都是容易受到电源（VCC）干扰的，所以必须注意保证电源平面的噪声不能太大。 C、对于输出门来说，P/N二个管脚不管输出是高还是低，输出的电流总和是一定的（即恒流输出）。恒流输出的特性应该说是所有的差分高速信号的共同特点（LVDS/CML电平也是如此）。这样的输出对电源的干扰很小，因为不存在电流的忽大忽小的变化，这样对电源的干扰自然就比较小。而普通的数字电路，如TTL/CMOS电路，很大的一个弊病就是干扰比较大，这个干扰大的根源之一就是对电源电流的需求忽大忽小，从而导致供电平面的凹陷。 D、PECL的直流电流能达到14mA，而交流电流的幅度大约为8mA（800mV/100ohm），也就是说PECL的输出门无论是输出高电平还是低电平，都有直流电流流过，换一句话说PECL 的输出门（三极管）始终工作在放大区，没有进入饱和区和截至区，这样门的切换速度就可以做得比较快，也就是输出的频率能达到比较高的原因之一。下面是PECL电平的输入门结构：其中分为二种：一种是有输入直流偏置的，一种是没有输入直流偏置，需要外接直流偏置的。一般情况下，ECL/PECL/LVPECL信号的匹配电阻（差分100欧姆）都是需要外加的，芯片内部不集成这个电阻。大家可以看到，VCC-1.3V为输入门的中间电平（即输入信号的共模电压），对于LVPECL 来说大约为2V，对于PECL来说为3.7V。也就是说，我们要判断一个PECL/LVPECL电平输入能否被正常接收，不仅要看交流幅度能否满足输入管脚灵敏度的要求，而且要判断直流幅度是否在正常范围之内（即在VCC-1.3V 左右，不能偏得太大，否则输入门将不能正常接收）。在这一点上与LVDS有很大的差别，务必引起注意。

双通道高速24位模拟信号无线采集器的实现

双通道高速24位模拟信号无线采集器的实现发表时间：2019-09-03T16:54:19.557Z 来源：《建筑细部》2019年第1期作者：叶少强易国凯[导读] 绝大部分工程仪器，离不开对各种传感器信号、模拟信号的采集并转换为可分析数字量信号。叶少强易国凯广州山锋测控技术有限公司广东广州 510656 摘要：绝大部分工程仪器，离不开对各种传感器信号、模拟信号的采集并转换为可分析数字量信号。转换后的数字量化信号，再通过数字量运算得到想要的测试结果。模拟信号到数字信号的转换，对仪器来说是一个很重要的环节。本文将介绍一种基于无线Wi-Fi设计一款双通道，24位模拟信号无线采集器的方案与实现方法。关键词：24位ADC；双通道采集器；CPLD；单片机；无线WIFI； 0 引言绝大部分工程仪器，离不开对各种传感器信号、模拟信号的采集并转换为可分析数字量信号，再通过数字量运算得到想要的测试结果。模拟信号到数字信号的转换，对仪器来说是一个很重要的环节。目前市面上有多种模拟采集办卡相对比较成熟，有16位、也有24位采集器，大部分以通用仪器板卡的形式存在，如PXI、PCI、PCIE等通用板卡接口，也有通用USB接口的采集盒。但是以板卡形式存在主要是针对通用仪器，需要配合专用的机箱、硬件设备才可以应用。基于以上的种种情况及客户需求分析，本文介绍一种基于Wi-Fi无线，双通道模拟信号采集器设计方案与实现。该采集器，支持24位、最高400K采样率、高采样精度、可设采样深度、无线Wi-Fi传输、电池供电等功能。 1 总体方案设计双通模拟信号采集器工作时的示意图如图1。图 1双通道无线采集器工作示意图采集器，工作时充当一个无线Wi-Fi热点AP功能，支持控制终端通过Wi-Fi方式接入到采集器。采集模拟信号时，传感器信号经过调理电路，放大、转换为ADC可采集的模拟信号；调理后的模拟信号经过ADC转换器，量化为采样数字信号；量化后的采样数字信号经过CPLD的桥接，由MCU通过DMA快速缓存到内部存储器或外部存储器；MCU通过Wi-Fi将缓存的采样数据上传给上位机。通过以上步骤，采集器完成双通道模拟信号的采集，并将采集信号上传给上位机显示处理。采集器，主要由传感器接口及调理电路、ADC采样机及控制、MCU及缓存、触发控制、无线通信、电源管理等部分电路组成，其原理框图如图2所示。图2 采集器原理框图 2 传感器接口及调理采集器，主要用于采集传感器信号。传感器信号具有幅度不确定、动态范围大、频率范围宽、源阻抗大等特点。ADC采样之前，需要经过调理电路对传感器信号进行阻抗调整，幅度变换。信号调理电路方案设计，使用了可调节增益的仪表放大器AD8253作为前置放大器，使用ADA4896-2作为ADC的驱动电路。调理电路的组成原理框图如图3所示。图3 传感器调理原理框图 AD8253是一款数字可编程增益仪表放大器。AD8253支持电压增益为1、10、100、1000四挡数字可编程增益。相比使用传统的固定增益仪表放大器，加上PGA电路，AD8253省去了电路复杂度，大大降低了前置放大器的噪声。