提高LTC2387-18演示板的頻譜分辨率

在第 1 部分中，我們設計并測試了一種低通 + 下采樣結構，該結構將 LTC2387-18 高速逐次逼近寄存器 SAR） ADC 的 DC2290A-A d 增強電路的頻譜分辨率從每箱 114Hz 提高到 0.596Hz。每個垃圾箱的平均噪音水平也降低了近12dB。

濾波器被實現為128字移位寄存器和加法器。隨后，下采樣器使用了FPGA中74%的可用邏輯門。這種方法允許用戶根據需要對不同的抽頭進行加權，但代價是復雜性。如果不需要對抽頭進行加權，例如添加時間窗口，那么有一種方法可以大大減少每個樣品的添加次數。

以下是指LTC2387-18，但適用于LTC2387系列（LTC2386和LTC2385）的所有成員以及DC2290A演示電路的其他變體，唯一的區(qū)別是采樣速率和位數。

更簡單的方法

實現此濾波器的一種更簡單的方法是一次加載一個樣本的 N 抽頭寄存器，然后形成所有抽頭的總和一次。當每個新樣本到達時，它被添加到總數中，最早的抽頭將從總數中減去。通過這種方式，我們避免了每次樣品進入移位寄存器時對所有抽頭求和。下面是 N = 128 的示例。

首先，FPGA對18位數據字進行反序列化。

該詞與運行頻率為15MHz的時鐘一起傳遞到模塊boxcar_128。

wire [17:0] dout, dout_f;
boxcar_128 box (
.clk(cic_clk),
.din(dout),
.dout(dout_f)
);

第一個變量是時鐘;此時鐘的上升沿出現在轉換的反序列化數據可用之后。接下來的兩個變量是 18 位數據字，第一個是濾波器輸入，第二個是輸出。下面是模塊本身的代碼。

module boxcar_128 (
clk,
din,
dout
);

input clk;
input din;
output dout;

wire [17:0] din;
reg [17:0] dout;
reg [2321:0] shift_reg;
reg [24:0] sum_reg;

initial
begin
shift_reg = 0;
sum_reg = 0;
end

//load the shift register & update sum
always @ (posedge clk)
begin
shift_reg = shift_reg << 18;
shift_reg[17:0] = din;
sum_reg = sum_reg + {{7{shift_reg[17]}},shift_reg[17:0]} - {{7{shift_reg[2321]}},shift_reg[2321:2304]};
end

//scale the output to 18 bits
always @ (negedge clk)
dout = {{7{sum_reg[24]}},sum_reg[24:7]};

終端模塊

模塊的核心仍然是shift_reg;這是一個可容納 128 x 18 位字的移位寄存器。就像在第一個版本中一樣，這些單詞是數據輸入 din，一個接一個地加載到移位寄存器中。在每個時鐘上升沿，最新的數據字被加載到寄存器中，而最舊的數據字被丟棄。寄存器中128個位置的總和是濾波器的輸出。然后將此輸出按比例縮小 7 位以適合 18 位字，并作為 dout 傳遞回主模塊。此時，這些樣本的頻譜只是ADC輸出的低通濾波副本。再次注意，在這種情況下，每個樣本只有一個加法和一個減法。在本博客的第 1 部分中，每個樣本執(zhí)行了 128 次添加，這大大增加了所需的邏輯單元數量。

下一步是縮減采樣，這是通過將每 128 個過濾器樣本傳遞到數據收集板來完成的。

結果比較

這種結構產生的噪聲水平和分辨率與第1部分更復雜的規(guī)范實現相同，但僅使用FPGA中可用邏輯元件的3%。它要簡單得多，因為每個樣本時刻只執(zhí)行一個加法和一個減法。此處描述的代碼的Verilog和編程文件都可以在右側面板上找到。

65K 點 FFT，9.76KHz 音調，每箱噪聲為 –151.3dBFS