学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

多波束成像声呐集成模拟前端与数据采集系统设计

作　者: 王雪良
导　师: 李海森
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 成像声呐多通道接收机模拟前端采集电路 FPGA
分类号: U666.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 43次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

多波束成像声呐系统是一种能够对海底的地形地貌进行高效的探测并能够实时高精度成像的水下探测成像设备，由于其能直观形象地展现水下的地形地貌以及水下目标，所以成像声呐系统具有广阔的发展空间。然而成像声呐在获得优异的性能的同时，也带来了大量的实时数据需要及时地获取与处理，这对系统中数据的接收与采集部分的性能提出了很高的要求。正是基于水下成像声呐系统研制的迫切需求，本文深入研究了系统中的接收部分与数据采集电路，并以此为基础对电路进行了设计与实现。首先对成像声呐系统的接收电路进行了相关研究与设计。对于成像声呐系统来说，由于其所需数据量巨大，要求接收通道数较多，采用传统的接收机方案势必会造成接收系统的过于庞大，在此并不适用。为了解决这一问题，本文引入了在医学成像领域应用广泛的集成模拟前端芯片，作为接收系统与采集系统之间的桥梁，模拟前端具有优异的性能。以此为核心，设计了带通滤波电路、可控增益放大电路、模拟前端电路组成的接收系统，并对各项参数进行了相关调试与验证。在系统设计过程中，还对接收机的噪声特性进行了研究以确保较低的噪声，并根据系统要求选择适用的器件。为了满足多波束成像声呐系统对数据高速、实时地采集与传输的要求，接下来本文设计了多通道的数据采集系统。系统由模拟前端芯片中的AD转换模块、FPGA核心控制电路、DAC增益控制电路、DDR2SDRAM数据存储电路以及高速收发器接口电路等组成，模拟前端输出的高速串行LVDS信号被传送至FPGA并将数据通过DDR2SDRAM实时存储，再通过收发器上传。对于模数混合以及存在高速数字信号时的电路PCB设计方法也进行了讨论。最后，在完成多通道数据采集系统的电路设计基础上，对采集系统的控制逻辑进行了设计与调试。本文在Quartus II软件环境下，使用Verilog HDL语言和IP核单元模块设计了FPGA对各功能模块的控制逻辑，主要包括上述的模拟前端SPI控制、DDR2SDRAM控制器、数模转换控制等，并在Modelsim软件下对数据采集系统的各个逻辑模块进行了时序仿真和功能验证。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 论文研究背景及意义  10
  1.2 多波束成像声呐国内外研究现状  10-13
  1.3 多波束成像声呐接收与采集系统简介  13-15
    1.3.1 多波束成像声呐系统构成  13
    1.3.2 多波束成像声呐接收与采集系统方案设计  13-15
  1.4 论文主要工作  15-16
第2章基于集成模拟前端接收系统电路设计  16-33
  2.1 接收系统设计方案  16-17
    2.1.1 接收机设计指标  16-17
    2.1.2 接收机的构成  17
  2.2 接收机的低噪声设计  17-20
    2.2.1 噪声源  17-18
    2.2.2 接收机低噪声设计  18-20
  2.3 带通滤波电路设计  20-22
    2.3.1 带通滤波电路的选择  20
    2.3.2 带通滤波器芯片介绍  20
    2.3.3 LTC6602 配置方式设计  20-22
  2.4 可控增益放大电路设计  22-25
    2.4.1 自动增益控制技术  22-23
    2.4.2 可控增益放大电路  23-25
  2.5 模拟前端电路设计  25-30
    2.5.1 模拟前端芯片 AFE5808 简介  25-26
    2.5.2 AFE5808 内部功能模块介绍  26-29
    2.5.3 AFE5808 电路设计  29-30
  2.6 接收系统测试  30-32
  2.7 本章小结  32-33
第3章多通道数据采集系统电路设计  33-47
  3.1 多通道数据采集系统方案设计  33
  3.2 FPGA 控制电路设计  33-37
    3.2.1 EP4CGX110F27 芯片介绍  33-34
    3.2.2 EP4CGX110F27 配置方案设计  34-35
    3.2.3 EP4CGX110F27 供电方案设计  35-37
  3.3 DDR2 SDRAM 电路设计  37-39
    3.3.1 DDR2 技术介绍  37-38
    3.3.2 芯片介绍  38
    3.3.3 DDR2 SDRAM 电路设计  38-39
  3.4 DAC 电路设计  39-41
    3.4.1 MAX5442 芯片介绍  39
    3.4.2 数模转换电路设计  39-41
  3.5 高速收发器接口电路  41-42
    3.5.1 高速收发器介绍  41
    3.5.2 SATA 接口电路设计  41-42
  3.6 数据采集系统 PCB 设计  42-46
    3.6.1 PCB 布局布线  42-43
    3.6.2 高速数字信号处理  43-45
    3.6.3 电源和地的处理  45-46
  3.7 本章小结  46-47
第4章多通道数据采集电路的逻辑设计与测试  47-54
  4.1 总体逻辑设计方案  47
  4.2 集成模拟前端逻辑设计与测试  47-49
  4.3 DAC 逻辑设计与测试  49-50
  4.4 DDR2 逻辑设计与测试  50-53
  4.5 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-58
致谢  58-59
附录  59

多波束成像声呐集成模拟前端与数据采集系统设计

内容摘要

全文目录

相似论文