基于固态存储技术的DRFM设计

摘要：为了提高数字射频存储器(DRFM)的存取速度、存储深度和系统的灵活性，采用了模块化设计原则。以PXIE机箱为平台，运用固态存储技术实现信号的高速存取，完成了包括上、下变频模块、中频信号采集模块、中频信号还原模块、固态存储模块以及处理控制核心等电路的设计。重点研究固态存储技术和PXIE技术在DRFM中的应用，为进一步提高DRFM的性能提供了参考。
关键词：DRFM；FPGA；固态存储；PXIE

0 引言
    随着雷达技术的快速发展，尤其是现代雷达采用了脉冲压缩、相位编码等复杂的调制技术，使得传统的电子欺骗干扰很难奏效。DRFM技术是现代电子战中的前沿技术之一，它能精确复制对方的雷达信号，并采用欺骗、遮盖复合的调制方式在时间、空间、频率以及调制方式等多维信息域内对雷达实施最佳干扰而不受速度和距离的影响。因此，DRFM技术已成为电子战中研究的热点。
    PXIE架构本身就是在CPCI基础上衍生出来的，适用于仪器测试环境的架构。该架构在系统供电、抗震、信号形式等一系列方面都拥有全面和优越的保护措施，从而从整体上保证了系统的稳定性。

1 DRFM基本原理
    数字射频存储器是一种能够存储射频信号，并对其做延迟等相关处理，并且在处理后能精确输出的存储设备。系统原理框图如图1所示。系统可分为本振电路、上、下变频电路、中频信号采集电路、存储电路、中频信号还原电路及处理和协调控制电路等。输入射频信号经下变频后被中频采集卡采样，采样信号被送往高速存储模块进行存储，处理器按照设定的处理方式对信号进行相关处理后，经中频还原卡将信号还原，再经上变频模块还原射频信号。还原出来的信号经放大便可发射出去实施电子干扰和欺骗等。

2 DRFM方案设计
    按照PXIE的模块化设计原则，DRFM主要包括上、下变频模块、中频采集模块、中频还原模块和固态存储模块。上、下变频模块将输入的射频信号下变频至中频信号以及将输出的信号上变频至射频信号；中频采集模块完成中频信号的采集和传输；固态存储模块在控制电路的作用下实现信号的高速存取；中频还原模块将处理后的数字信号还原成模拟信号。在DRFM中中频采集模块、中频还原模块和固态存储模块是系统的关键，下面分别介绍。
2．1 中频采集模块设计
    中频信号采集模块主要是完成中频信号的模／数转换，并将转换后的数据通过FPGA处理后传输给存储模块。主要由前端调理电路、6片高速ADC、时钟分配电路、FPGA、电源五部分组成，前端信号调理电路主要是完成信号的放大或者是衰减，以匹配A／D的输入要求，高速ADC完成模数转换，FPGA负责接受A／D的数据和传输以及整块板卡的控制。其构成框图如图2所示。

    该设计的高速ADC采用TI公司的高速ADC即ADS6149。ADS6149是一款高性能的14位，250 Mb／s采样率模／数转换器，它提供出色的高模拟带宽和低输入抖动，在高频信号输入时，ADC提供极高的SNR和SFDR指标，其内部包括可编程增益设置，可以用于提高小信号输入时的SFDR性能。时钟对于高速ADC系统而言尤其关键，这是因为时钟信号的时序准确性可以直接影响ADC的动态特性。该设计选用ICS834061，它是一款集成高频时钟发生器，在单芯片中集成整个锁相环系统和时钟扇出系统，外围器件只要1个晶振，具有2路LVPECL时钟扇出，输出频率范围20～500 MHz可调，时钟抖动最大只有6 ps，能满足该设计的要求。
2．2 中频还原模块设计
    中频信号还原模块完成处理后的信号的还原，主要由FPGA、高速DAC、后端调理电路、时钟分配电路、控制信号发生电路，电源6部分组成，其中FPGA负责将处理之后的数据发给D／A转换器以及整块中频还原卡的控制。高速ADC完成模／数转换功能，后端调理电路提供A／D转换后的滤波和信号放大功能，时钟电路为系统提供高精度、低抖动的时钟信号，其构成框图如图3所示。

    该设计的高速DAC拟采用美信公司的高速DAC——MAX5887。MAX5887是先进的14位、500MS／s数／模转换器(DAC)，设计用于满足要求性能苛刻的信号合成应用。该DAC工作于3．3 V单电源，提供优越的动态性能，如76 dBc的无杂散动态范围(SFDR)(Fout=30 MHz时)。MAX5887具有集成的1．2 V带隙基准和控制放大器，以保证高精度和低噪声特性。此外，单独的基准输入允许用户外接基准，以获得最大的灵活性和提高增益精度。该设计为提高D／A转换器的性能，采用精密的、低压差、微功耗电压基准、温度系数低至5 ppm／℃(最大值)的MAX6161来为MAX5 887提高参考。
2．3 固态存储模块设计
    数字射频存储器的一个技术难点就是实现大容量高速数据的存储与读取。而固态电子硬盘在存储容量和存取速度方面都能满足该设计的需求。固态电子硬盘卡以FPGA为控制核心，以FLASH为存储介质，板上采用两片型号为XC3S5000 FPGA，每片FPGA控制36片NAND FLASH，其结构如图4所示。每片FLASH128 MB，合计约9．2 GB容量。

    外部数据流以LVDS的方式通过C96接口传入固态电子硬盘，以I／O方式把数据从固态电子硬盘读出。两片FPGA之间通过普通I／O互联，A片FPGA负责数据接收以及两片FPGA之间的数据分配。这样就解决了存取速度和存储容量的问题。

3 结语
    本文采用基于PXIE的模块化设计，在工程应用领域具有更大的灵活性，系统完成了包括中频信号采集模块、中频信号还原模块和固态存储模块等电路的设计。中频采集模块采用6路采样率为250 MHz、采样精度为14位的高速A／D进行采样，中频还原模块采用6路采样率为500 MHz、精度为14位的高速DAC进行数／模转换。为了提高存取速度和存储深度，系统采用了固态电子硬盘作为存储介质。与传统的DRFM相比，
PXIE技术的应用使系统具有更高的灵活性，可以在对其中的一个或几个模块进行单独更换或改进，具有更高的通用性。固态存储技术的应用，大大提高了系统的存取速度，为进一步提高DRFM的性能提供了重要参考和奠定了坚实的基础。