MP1656A誤碼儀安立Anritsu維修儀器儀表

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在處理器的選擇上通?？梢圆捎?位，16位或者32位的MCU，但由于在處理信號的過程中，通常會遇到快速傅里葉FFT算法，所以會遇到大量的浮點運算，而且一個浮點數(shù)要占用四個字節(jié)，故在處理過程中要占用大量的內(nèi)存，同時浮點運算速度比較慢，所以采用普通的MCU在一定時間內(nèi)難以完成，所以綜合考慮運算速度和內(nèi)存大小等因素。


本系統(tǒng)采用32位的STM32F407做為核心DSP處理器件，該芯片具有1MB的Flash閃存空間，196KB的SRAM空間，并且時鐘頻率達到了168MHz。程序運行于168MHz主頻時，通過Flash取指令（不是內(nèi)部SRAM），通過Dhrysone測試得到210DMIPS，主要采用ART加速器，可以最大限度的消除Flash存儲器較慢從而限制MCU性能的發(fā)揮，這可以使CPU可以在所有工作頻率下近乎零等待的方式，從Flash中運行程序。還有就是STM32F407帶有硬件FPU處理單元，這樣可以不用軟件算法實現(xiàn)浮點運算，而直接采用硬件來實現(xiàn)浮點運算，這樣就減小了編譯器生成的代碼量，并且使用更方便，浮點數(shù)只占用四個字節(jié)就可以表示的數(shù)據(jù)范圍很大，因此不用擔心計算后的數(shù)據(jù)溢出問題！進一步提高運算速度。


1. 采樣方法比較與選擇


方案一 通過DDS集成芯片產(chǎn)生一個頻率穩(wěn)定度和精度相當高的方波信號作為時鐘信號。


可選用直接數(shù)字頻率合成（DDS）芯片AD9851，AD9851為ADI公司生產(chǎn)的高性能器件，可與單片機通過簡單的接口完成串行或者并行通信。可完成外部輸入頻率控制字與芯片內(nèi)部頻率相位控制字之間的轉(zhuǎn)換，可以非常容易的通過頻率控制字調(diào)整輸出頻率，以及精確的調(diào)整輸出信號的相位，輸出信號幅值穩(wěn)定，但是由于DDS控制也需要占用一部分MCU的IO口資源，并且DDS在價格上成本有點高。


方案二 直接由MCU產(chǎn)生PWM波做為采樣時鐘信號。


可直接由STM32F407產(chǎn)生的PWM波，可實現(xiàn)頻率，占空比可調(diào)的方波。最快IO口翻轉(zhuǎn)速度可以達到84MHz，可以輕松實現(xiàn)想要的采樣頻率。由于輸出的是3.3V的幅值的電壓，與外圍芯片相連，需要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)成5V，才能作為外圍芯片的時鐘信號。


方案三 采樣時鐘信號選用Linear公司生產(chǎn)的LTC1799提供。


LTC1799是一款精準型振蕩器，使用方便。它采用2.7V到5.5V單電源工作，并提供了軌至軌、占空比為50%的方波輸出。CMOS輸出驅(qū)動器確保了快速上升/下降時間和軌至軌開關操作。頻率設定通過電阻器調(diào)節(jié)，電阻阻值在 的范圍內(nèi)變化，以選擇處于100KHz到33MHz之間的任何一個頻率。三態(tài)DIV輸入負責決定驅(qū)動輸出之前對主時鐘進行1、10或100分頻。


綜合上述方案，選擇方案三，采用一片LTC1799來產(chǎn)生15MHz的采樣時鐘信號。


2. AD采樣芯片的論證與選擇


方案一 采用MCU內(nèi)部ADC對采樣信號進行采樣。


STM32F407內(nèi)部最大轉(zhuǎn)換速率為7.2MSPS，而且被采樣信號的幅值只能在0V到3.3V之間，能測得動態(tài)范圍小，難以滿足要求。


方案二 采用TI公司的8位TLC5510A作為AD采樣芯片。


TLC5510A是采用高速CMOS技術，8位的，最大轉(zhuǎn)換速率為20MSPS的AD轉(zhuǎn)換芯片。支持+5V電源供電，內(nèi)部包含采樣保持電路，輸出帶有高阻態(tài)模式，以及帶有內(nèi)部參考電阻。輸出數(shù)據(jù)在時鐘的下降沿有效，數(shù)據(jù)流水線結(jié)構(gòu)導致了2.5個時鐘的延時。而且高速AD普遍價格比較昂貴，在滿足輸入信號在2V以上動態(tài)范圍，TI公司可供申請的高速AD芯片只有TLC5510A這一種。


綜合上述方案，選擇方案二，在精度要求不高場合，采用TLC5510A作為高速采樣芯片。  


3. 高速數(shù)據(jù)緩存芯片的論證與選擇


由于15MHz的高速數(shù)據(jù)流，如果中斷來標記數(shù)據(jù)流的地址，由于MCU的中斷響應時間有限，有12個時鐘周期的中斷延時，因此就需要外部存儲器做高速數(shù)據(jù)緩存。