宽带高分辨率实时快速傅立叶变换数字频谱仪

摘要

宽带高频率分辨率实时快速傅立叶变换数字频谱仪，由前置放大器、开关矩阵、高速ADC器件、时钟控制器、FPGA芯片，运行于该芯片的FFT内核，PCI技术总线和计算机及控制软件组成；FFT内核对1GHz基带信号直接进行快速傅立叶变换：2GS/s的正交数字信号进入FPGA，以32k为单位进行缓存并分为8组，每组为2k个复数，经过串并转换后的2k点复数，数据逐级进行下列FFT蝶形运算：8组2k点、4组4k点、2组8k点、1组16k点复数蝶形运算，再进行1组32k点蝶形运算，完成32k点的实数FFT运算；对FFT的输出进行功率谱运算及积分；积分后频谱经功率谱输出至FPGA片外的PCI技术总线。

主权项

宽带高频率分辨率实时快速傅立叶变换数字频谱仪，由前置放大器、开关矩阵、高速ADC器件、时钟控制器、FPGA芯片，运行于该芯片的FFT内核，PCI技术总线和工业控制计算机及控制软件组成；其中，所述前置放大器对不同输入功率的基带信号进行适当放大；所述开关矩阵将信号馈入高速ADC器件；所述高速ADC器件采用正交采样，实现1GHz带宽基带信号的模‑数转换；所述FFT内核对1GHz基带信号直接进行快速傅立叶变换；所述时钟控制器控制开关矩阵开关切换速率，提供并控制ADC器件的采样时钟信号和正交采样过程，同时也提供FFT内核进行数字运算所需的时钟和相关的时序控制信号；所述控制软件基于Windows或Linux操作系统，以工业控制计算机为硬件平台，采用计算机PCI技术总线，读取积分的信号功率谱，进行进一步的后续处理；其特征是，所述FFT内核对1GHz基带信号直接进行快速傅立叶变换时，执行下列步骤：2GS/s的正交数字信号进入FPGA，以32k长度为单位进行缓存之后并分为8组，每组为2k个复数，经过串并转换后的2k点复数，速率降至125MHz；降速后的数据逐级进行下列FFT蝶形运算：8组2k点复数蝶形运算，4组4k点复数蝶形运算，2组8k点复数蝶形运算，1组16k点蝶形运算，再进行1组32k点蝶形运算，完成32k点的实数FFT运算；对32k点FFT的输出进行功率谱运算及积分，其中积分器数据宽度48bit；积分后频谱经功率谱输出至FPGA片外的32bit PCI技术总线。