激光雷达三通道高速信号采集系统

激光雷达数据采集卡在数据采集系统 中的应用，详情如下：

  一、采集系统规格

  1．3通道，10bit1GSPSADC转换器
  2．模拟带宽100MHz
  3．输入方式：单端
  4．输入阻抗50Ω
  5．ENOB：9.1bits@500MHz
  6．非线性失真±0.25LSB
  7．SNR：44dB
  8．存储：板载1GDDR2
  9．信号调理模块，支持PGA和AGC功能
  10．大规模FPGA，支持数字信号实时处理，包括三通道FFT
  11．低抖动采集时钟发生器
  12．TI320C6455DSP模块
  13．RS232和RS422通信接口
  14．板卡尺寸：284mm*130mm
  15．外供电电源板尺寸图如下（单位：mm）：

  二、FPGA控制逻辑以及算法实现

  2.1系统组成结构如下：
 

  2.2FPGA部分逻辑实现要求：

  ①三通道ADCADC10D1000接口设计；
  ②采样时钟配置32bitSPI接口；
  ③同DSP的通信接口。

  2.3FPGA算法实现：

  2.3.1实时波形产生：
  连续产生如下波形
 

  幅度有DAC硬件放大。

  2.3.2在120Hz周期内完成3次16K点的FFT处理（由外部触发信号给出FFT的起始位置）
 

  2.3.3FFT部分

  ①找出1次FFT的峰值点，并在峰值点频率附近设置搜索范围；
  ②在搜索范围内找到2次FFT以及3次FFT的峰值；
  ③将三次峰值点记录并上传到DSP；
  ④XilinxXC5VSX95T具备的FFT能力如下：
 

  16bit数据输入，32k点FFT，工作时钟250MHz，需要资源为,LUT3300个，乘法单元9个，延迟约400us。所以，我们按照3通道500M/s，每秒计算360次，间隔约2.7ms，所以当前的FPGA完全支持3通道32kFFT实时计算。此时输出运算结果数据量为2（实部虚部）x2（16bit）X32K。

  2.3.4AGC部分

  由于ADC输出信号大小不一定，我们在硬件上设计了数字PGA电路，通过SPI总线控制增益。每次需要计算输入信号功率，通过滤波后，根据功率设置动态调整增益大小。

  2.3.5DSP硬件部分

  设计基于TI320C6455芯片设计DSP板的硬件电路；包括原理图和PCB设计以及调试。DSP主要功能，同FPGA接口，按主板已经定义的接口和大小设计PCB。两个RS232接口，两个RS485接口。

  2.3.6DSP软件部分部分

  ①通过接受RS485接口接收主机命令，通过串口发送命令。
  ②接收FPGA输出的峰值数据信息。
  ③控制系统电源管理。