模块化接收机与多通道数据采集电路设计

论文摘要

多波束测深仪是海底地形地貌探测中重要的测量设备,伴随着人类海洋开发的步伐,其广阔的应用前景也逐渐显现出来,多波束测深仪的研制需求迫切。本文基于浅水宽覆盖多波束测深系统项目,设计并实现了该系统中的多通道模拟接收机与数据采集电路。根据多通道接收机电路的特点,本文采用模块化的设计方法,完成了接收机母板和80个信号调理模块的研制。信号调理模块主要完成对换能器输出的信号的进行无失真放大、滤波和增益控制等功能。论文设计了一种简单可行的增益控制方法,并尝试使用三参差调谐放大滤波器。同时采取各种有效措施以保证接收机噪声特性好、通道间幅度相位一致性高。结果表明,模块化设计方法使设计变得更加简单,调试变得更加方便,实验测得接收机的各项指标满足设计要求。数据采集电路是连接模拟信号和数字信号的桥梁。论文设计了基于FPGA的多通道数据采集硬件电路,主要包括FPGA核心控制电路、多片A/D芯片组成的模数转换电路、数模转换电路以及HOTLink串行数据传输接口电路。同时对模数混合电路的PCB设计做了简单介绍。在QuartusⅡ软件环境下,使用Verilog HDL语言设计了各功能电路的控制逻辑。并采用Modelsim仿真工具进行相关电路的功能和时序仿真。最后再通过板级验证,确保多通道采集电路完成正常工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景和意义
• 1.2 多波束测深仪系统概述
• 1.2.1 国内外发展概况
• 1.2.2 多波束测深仪系统构成
• 1.3 模块化接收机的设计思想
• 1.4 基于FPGA 的多通道数据采集技术
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 模块化接收机设计与实现
• 2.1 接收机的组成及技术指标
• 2.1.1 接收机的组成
• 2.1.2 接收机的技术指标
• 2.2 接收机低噪声设计
• 2.2.1 电子元器件的本征噪声源
• 2.2.2 集成运算放大器噪声特性
• 2.3 可控增益放大电路设计
• 2.3.1 自动增益控制技术
• 2.3.2 增益控制电路结构
• 2.3.3 可控增益放大器的选择
• 2.3.4 增益控制电路原理图
• 2.4 带通滤波器电路设计
• 2.4.1 滤波器概述
• 2.4.2 调谐放大滤波器的选择
• 2.4.3 带通滤波器电路原理图
• 2.5 固定增益放大器电路设计
• 2.6 改善通道一致性的措施
• 2.7 接收机PCB 设计
• 2.7.1 PCB 结构设计
• 2.7.2 PCB 可靠性设计
• 2.8 接收机的调试
• 2.8.1 注意事项
• 2.8.2 测试结果
• 2.9 本章小结
• 第3章 多通道数据采集电路设计
• 3.1 多通道数据采集电路总体设计
• 3.2 FPGA 核心控制电路设计
• 3.2.1 EP2S90F1020 芯片介绍
• 3.2.2 FPGA 配置方式设计
• 3.2.3 FPGA 供电电源设计
• 3.3 模数转换电路设计
• 3.3.1 AD7657 芯片介绍
• 3.3.2 AD7657 接口电路设计
• 3.4 增益控制电路设计
• 3.5 HOTLink 接口电路设计
• 3.5.1 CY7B923 芯片介绍
• 3.5.2 CY7B923 接口电路设计
• 3.6 多通道数据采集电路PCB 设计
• 3.6.1 PCB 的布局
• 3.6.2 PCB 的布线
• 3.6.3 电源处理
• 3.6.4 地线处理
• 3.7 本章小结
• 第4章 多通道数据采集电路逻辑设计
• 4.1 FPGA 逻辑设计方法
• 4.1.1 硬件描述语言
• 4.1.2 IP CORE
• 4.2 总体逻辑设计
• 4.2.1 信号采样率的确定
• 4.2.2 总体逻辑框图
• 4.3 ADC 逻辑设计
• 4.4 数据处理逻辑设计
• 4.5 HOTLink 逻辑设计
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录