news 2026/5/5 6:47:30

基于ZYNQ的双通道矢量信号发生器的数字前端设计零中频架构【附代码】

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张小明

前端开发工程师

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基于ZYNQ的双通道矢量信号发生器的数字前端设计零中频架构【附代码】

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(1)基于Golay序列的通道间幅相误差快速校准方案:

针对零中频架构中双通道发射链路引入的幅度和相位不一致问题,设计了基于Golay互补序列的校准模块。Golay128序列具有良好的自相关特性,将两通道分别输出该序列后,通过单一ADC分时串行接收并经下变频得到基带信号。在校准过程中,对接收序列与本地Golay序列进行相关运算,由于Golay序列的自相关旁瓣为零,相关峰的位置和幅度可精确反映通道时延和增益。利用CORDIC算法从相关峰实虚部计算出幅值比和相位差,进而计算补偿系数。整个校准流程在165.92微秒内完成,补偿后残余相位误差小于2.5°,幅度误差小于0.15dB,满足矢量信号发生器的对通道一致性要求。

(2)支持多调制模式的基带信号生成与平方根升余弦滤波:

在ZYNQ的PL端设计了可灵活配置的多调制模式基带发生器。通过上位机指令可选择BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、32QAM、64QAM,映射后的符号经过平方根升余弦(SRRC)成型滤波器,滤波器阶数49,滚降因子0.35,采用多相分解架构实现以降低多速率处理的复杂度。脉冲成型后的I/Q两路数据通过DMA从PS端的DDR3内存中读取波形文件或实时生成,再送入AD9361的发射数字接口。AD9361配置为5.11GHz载波,12.5MHz带宽,输出信号EVM优于2%,满足WLAN测试需求。

(3)DDR3波形回放模式与SSH传输控制:

为了支持任意波形发生,设计了波形文件回放模式。PC机通过SSH协议将基带波形文件传输至PS端的Linux系统,PS再通过DMA将数据传输至PL端的DDR3控制器。设置了一个两级乒乓缓冲机制,每次预先加载两帧数据,当一帧数据播放完毕时自动切换到下一帧,保证输出不间断。回环测试模式下,发射信号经衰减后环回至接收端,解调得到的信噪比为38.42dB,系统芯片资源利用率LUT为49%,BRAM为62%,性能良好。

import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt def golay128_generator(): a = [1]; b = [1] while len(a) < 128: a = a + b b = a + [(-1)*x for x in b] return a, b def golay_calibration(ch_a_recv, ch_b_recv, ref_golay): corr_a = np.correlate(ch_a_recv, ref_golay, mode='same') corr_b = np.correlate(ch_b_recv, ref_golay, mode='same') peak_idx_a = np.argmax(np.abs(corr_a)) peak_idx_b = np.argmax(np.abs(corr_b)) complex_gain_a = corr_a[peak_idx_a]; complex_gain_b = corr_b[peak_idx_b] amp_ratio = np.abs(complex_gain_a) / np.abs(complex_gain_b) phase_diff = np.angle(complex_gain_a) - np.angle(complex_gain_b) # 校正系数 k_amp = 1/amp_ratio; k_phase = -phase_diff return k_amp * np.exp(1j*k_phase) # SRRC成型滤波器 def srrc_filter(beta, sps, span): t = np.arange(-span*sps, span*sps+1) / sps h = np.zeros_like(t, dtype=float) for i, val in enumerate(t): if val == 0: h[i] = 1 + beta*(4/np.pi - 1) elif abs(val) == 1/(4*beta): h[i] = beta/np.sqrt(2) * ((1+2/np.pi)*np.sin(np.pi/(4*beta)) + (1-2/np.pi)*np.cos(np.pi/(4*beta))) else: h[i] = (np.sin(np.pi*val*(1-beta)) + 4*beta*val*np.cos(np.pi*val*(1+beta))) / (np.pi*val*(1-(4*beta*val)**2)) h /= np.sqrt(np.sum(h**2)) return h # 乒乓缓冲控制 class PingPongBuffer: def __init__(self, size): self.buf0 = np.zeros(size); self.buf1 = np.zeros(size) self.active = 0 def fill(self, data, buf_id): if buf_id==0: self.buf0 = data else: self.buf1 = data def read(self): buf = self.buf0 if self.active==0 else self.buf1 self.active = 1 - self.active return buf # AD9361数据接口模拟(I/Q 12位) def ad9361_tx(i_data, q_data): return ((i_data.astype(np.int16) & 0xFFF) << 16) | (q_data.astype(np.int16) & 0xFFF)


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