[发明专利]RFSoC信号捕获和频谱分析装置及方法

说明书

本公开提供了一种RFSoC信号捕获和频谱分析装置及方法，能够实时显示采集信号的频谱，同时还可以实时显示时域信号，采用第一代UltraScale+RFSoC芯片实现高速信号采集，通过网页界面实时显示信号频谱，同时还可以显示时域信号，信号检测范围为2GHz。同时本公开还提供一种RFSoC信号捕获和频谱分析方法，利用PYNQ方式简化RFSoC固件程序的控制，提升系统扩展性，满足高速信号的实时频谱检测需求。

技术领域

本公开涉及数字信号处理技术领域，尤其涉及一种RFSoC信号捕获和频谱分析装置及方法。

背景技术

随着FPGA技术的迅速发展，某公司推出了新一代高速信号处理FPGA芯片，即RFSoC(Radio Frequency System on Chip，片上射频系统)。RFSoC将宽带模拟设备集成到FPGA中，扩大了FPGA实用领域，例如5G/6G等无线射频领域。

RFSoC芯片集成了高速射频信号处理所需要的关键技术，其中包括可直接处理射频信号的高速RF-DAC(射频级数模转换器)与RF-ADC(射频级模数转换器)，从而进一步降低了对单独的模拟设备和基础设施的需求电路功耗和设备占用面积。第一代RFSoC ADC的最高采样率可达4GS/s，信号带宽高达4GHz，可配置RF-ADC的采样率。RF-DAC的采样率时钟最高支持6.554GS/s，输出信号带宽大于4GHz。RF数据转换器还包括低功耗数字下变频器(DDC)和数字上变频器(DUC)，数字变频器包括了数控振荡器(NCO)和复杂混频器，同时可实现可编程插值、抽取功能。频谱分析系统主要的功能是对时间序列进行傅里叶变换，在频域里显示输入信号的频谱特性，它是对无线电信号进行测量的必备手段。新型的频谱分析仪采用数字方法直接由模拟/数字转换器对输入信号取样，再经FFT处理后获得频谱分布图。

然而现有的信号采集与频谱分析系统采用了ADC及FPGA技术，信号采样与处理使用了不同的器件及计算资源，信号传输与处理过程中延迟较大、系统功耗高、集成度低，并且在高速信号频谱分析中难以实现信号的校准。目前，5G通信或高速射频领域要求高性能、高可靠性及稳定性，现有的技术无法满足这些实际应用需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种RFSoC信号捕获和频谱分析装置及方法，以缓解现有技术中RFSoC信号捕获和频谱分析装置体积与功耗大、延迟高、系统设计架构复杂、信号校准和同步难等技术问题。

(二)技术方案

本公开的一个方面，提供一种RFSoC信号捕获和频谱分析装置，包括：RFSoC处理模块，用于通过AXI接口传输数据及发送控制指令；RF数据转换模块，用于将接收待测信号后转换为数字信号；数据包生成模块，用于通过AXI Interconnect传输的数据生成IP核，分开数字信号的实部和虚部，生成数据包；FFT模块，用于将数据包中时域信号转换成频域信号；FFT配置模块，通过DMA对FFT进行配置；时钟模块，用于提供时钟信号，保证系统指令和相关任务正确执行；控制模块，用于调用IP软核，初始化RF数据转换模块及完成时钟配置，运行频谱分析系统，根据应用需求，发送指令及选择频域或时域的数据流；显示模块，利用DMA总线读取数据，实时显示时间序列信号或信号频谱。

根据本公开实施例，所述RFSoC处理模块，包括：ARM A53处理芯片，在SD卡中安装的PYNQ操作系统下运行。

根据本公开实施例，通过可编程逻辑器件Zynq UltraScale MPSoC IP配置ARMA53处理芯片，开通需要的端口，通过AXI接口的Master HP0及Slave HPM0接口传输数据及发送控制指令

根据本公开实施例，所述RF数据转换模块，包括ADC、NCO、DDC。

根据本公开实施例，所述ADC通道的数量为8。