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信号处理 高速存储


宽带阵列信号采集处理平台



8通道5Gsps信号采集、生成、存储、处理

产品简介



本产品（宽带阵列信号处理平台)(产品代号：S305)用于实现多通道宽带电磁信号的采集、生成、数字化存储以及实时信号处理，可广泛应用于诸多科学与工程领域，例如通信\雷达\电子战\卫星\微波遥感\测试测量等领域的原理验证和产品实现。

本产品采用AMD公司 RFSOC 芯片，实现多路模拟信号的模数转换（ADC）和数模转换（DAC），以及灵活多样的信号处理模式。得益于该芯片的优异特性，本产品具备8个可同步的/0~6GHz信号输入范围/5Gsps采样率/14bits量化的ADC通道，以及8个可同步的/7Gsps采样率/14bits量化的DAC通道。各个ADC和DAC通道具备灵活多样的采样模式，例如灵活的时钟模式，采样率配置，实数或复数模式，数字混频处理，多带信号处理，正交调制校正等。
本产品（可选）集成NVIDIA公司的Jetson系列GPU模块辅助用于实时信号处理和人机交互。
本产品（可选）内置大容量高速固态硬盘，可实时存储ADC数字化信号或驱动DAC信号生成；同时，对外提供大带宽的光纤通道，可扩展连接更高性能的数据处理系统或存储系统。
本产品提供直观易用且功能强大的主控软件，让用户轻松实现模拟信号与数字信号之间转换，搭建现实世界与数学世界之间的桥梁。通过定制设计信号处理流程和算法，可为诸多专业领域快速构建实用产品。
硬件构架图

技术特性



硬件参数

- 模数转换（ADC）


  - 通道数：8个
  - 采样率：最高5Gsps
  - 量化精度：14bits
  - 模拟带宽：6GHz (-3dB)
  - 输入功率：最大14.6dBm
  - 通道间隔离度：-70dBc

  - 功能模式：多通道同步，数字衰减，实数或复数采样，正交校正，多频带数字混频与抽取，其它可定制的信号处理功能。



- 模数转换（DAC）


  - 通道数：8个
  - 采样率：最高10Gsps
  - 量化精度：14bits
  - 模拟带宽：6GHz (-3dB)
  - 输出功率：最大6.5dBm
  - 通道间隔离度：-70dBc
  - 功能模式：多通道同步，可变输出功率，实数或复数重构，正交校正，多频带数字混频与插值，其它可定制的信号处理功能。

- 时钟与触发


  - 时钟源：外部时钟直接驱动、或外部时钟参考、或内置100MHz时钟参考（可选）
  - 触发源：多个LVCMOS/RS422数字IO（可选）

- 逻辑资源


  - 处理器：4核Cortex-A53 + 双核Cortex-R5F
  - 可编程逻辑：930K逻辑单元/4K DSP/60Mb RAM
  - 高速内存：12GB DDR4 SDRAM@2400Mbps
  - 对外接口：2条100Gbps QSFP光纤（可选）

- 计算加速（可选）


  - NVIDIA Jetson Orin NX 或 Jetson AGX Orin
  - 通过2条100Gbps QSFP光纤扩展连接外部计算组件（可选）
  

- 数据存储


  - 内置2块8TB NVMe SSD（可选）速率> 4GBps
  - 通过2条100Gbps QSFP光纤扩展连接外部存储组件速率>20GBps

- 状态监测


  - 全系统关键节点电压监测和记录
  - 全系统关键节点温度监测和记录
  - 机箱内湿度监测和记录
  - 系统工作历史信息记录

- 工作环境


  - 温度：0°~50°
  - 湿度：10%~90% （不凝结）
  - 震动：桌面或机柜等非强震动环境
  - 海拔：<3000米
  - 供电：AC 220V@50Hz
  - 功耗：<100W
  - 散热：内置风机强迫风冷散热
  - 尺寸：19英寸上架标准（482mm(438mm) x 48mm x 355mm）
  - 重量：约3.5Kg

逻辑构架


逻辑构架图
本产品以AMD RFSOC芯片为基础，构建出灵活的逻辑链路构架，从而为信号的采集和生成，以及数字信号实时处理、数据存储等应用提供了强大的平台。

- 芯片构架


  - RFSOC 由PS、PL、GTY、DataConverter 组成
  - PS部分基于多核ARM处理器实现软件运行平台
  - PL部分基于可编程逻辑实现可定制的数字系统
  - GTY部分基于高速串行技术提供数据对外接口

- 信号采集（ADC）


  - 基于RFSOC的ADC通道实现采样量化和数字变频等功能
  - 多种触发采集模式，例如：外部脉冲波门控制采集，软件强制采集，连续采集，时域/频谱触发采集等
  - 数据流可进入系统内DDR4 SDRAM，经由网络接口发送至主控计算机
  - 数据流可进入片上PS/PL资源构建的实时信号处理逻辑模块参与运算
  - （可选）数据流可直接存储到本地的NVMe硬盘
  - （可选）数据流经过GTY传输至外部数据处理系统
  - （可选）数据流经过GTY传输至外部高速固态存储系统

- 信号生成（DAC）


   - 基于RFSOC的DAC通道实现信号生成和数字变频等功能
   - 多种触发生成模式，例如：外部脉冲触发生成，软件强制生成，连续波生成等
   - 多种信号生成数据源，例如：
   - 用户构造数据下发至系统内DDR4 SDRAM并驱动信号生成
   - （可选）ADC采集数据经本地信号处理后驱动信号生成
   - （可选）外置信号处理系统经GTY提供数据并驱动信号生成
   - （可选）本地或外置固态存储系统经GTY提供数据并驱动信号生成
   - （可选）内置DDS等逻辑生成数据并驱动信号生成
   - （可选）信号产生时序可灵活设置，例如各种脉冲时序

- 信号处理（可选）


  - 基于RFSOC内部PS/PL资源实现定制化的信号处理
  - 通过GTY接口与GPU、FPGA协处理器等通信进而实现更大规模的实时信号处理

- 数据接口


  - 基于PS端的千兆网接口，提供约80MBps的通信速率
  - （可选）基于GTY高速接口，提供对NVMe固态硬盘的直接驱动或200Gbps的双向对外通信

- 动态缓存


  - PS端挂载64bits/8GB DDR4 SDRAM，提供近20GBps带宽，可由PS/PL共享使用
  - PL段挂载32bits/4GB DDR4 SDRAM，提供近10GBps带宽，由PL使用并可由PS端访问

- 固态存储（可选）


  - （可选）GTY直接挂载2片 NVMe 固态硬盘，提供16TB存储容量和大于4GBps连续读写速率
  - （可选）GTY连接外置存储单元（例如我公司产品：S82705-高速光纤记录模块）实现诸如100TB存储容量和20GBps连续读写速率

软件功能


软件构架图
本产品为用户提供友好易用且功能强大的主控软件，通过使用主控软件，用户可以对硬件系统实施各种控制、获取各种运行状态、获取采样数据、实现信号处理算法，驱动信号生成。

 - 软件平台


  - 本产品主控软件运行于Windows平台
  - （可选）基于Linux平台的主控软件
  - （可选）开放控制协议，支持用户基于Matlab / Python / VS / QT等环境进行二次开发
  - 支持Matlab / Python / VS / QT等环境生成的数据驱动硬件生成信号
  - 支持Matlab / Python / VS / QT等环境获取采样数据并进行分析处理

- 软硬件通信


  - 软件基于千兆网与硬件通信
  - （可选）同时控制RFSOC/GPU/FPGA并行处理单元/高速海量固态存储单元
  - （可选）主控基于PCIE 光纤通道快速获取存盘数据或下发数据

- 采集控制


  - 可控制8个采样通道同步获取数据
  - 可选择采样参考时钟（外部输入或内置）以及采样频率
  - （可选）设置各采样通道的数字下变频参数
  - （可选）设置获取数据的触发模式，例如：外部信号触发、软件指令触发、时域/频谱触发等
  - （可选）设置采样数据流处理方式，例如：存储到DDR4内存、存储到固态硬盘、或用于驱动算法逻辑

- 生成控制


  - 可控制8个生成通道同步生成数据
  - 可选择生成参考时钟（外部输入或内置）以及生成重构频率
  - 可设置各采样通道的数字上变频参数
  - 可设置信号生成的触发模式，例如：外部信号触发、软件指令触发等
  - 可设置生成信号的数据来源，例如：使用DDR4内存数据、使用固态硬盘数据、或使用算法逻辑输出数据

- 图谱显示


  - 可绘制各ADC通道或DAC通道的多种形式时域波形
  - 可绘制各ADC通道或DAC通道的多种形式频谱，例如瀑布图、功率统计图等
  - 可自动测量多种时频参数

- 算法控制（可选）


  - 选择算法模块并设置对应的参数
  - 调度GPU和FPGA协处理模块参与运算

- 存储控制（可选）


  - 选择存储介质，例如使用内置硬盘或外部模块实现高速海量存储
  - 管理文件系统
  - 管理采样数据或处理结果写入存储介质或从存储介质中读出
  - 存储系统状态实时报告，例如存储速率、容量等
  - 文件频谱标签管理（参考：E010-频谱标签）

- 状态监测


  - 实时报告系统关键节点的电压、温度、湿度等
  - 系统历史使用信息，例如上电次数、累计工作时间、累计存储数据量、最高温度等

软件界面


主控软件如下。
软件界面分为3个功能模块：信号图谱，系统控制，产品信息。

信号图谱页面，以时域波形图、功率频谱图、瀑布图等形式展示信号信息。信号可来自硬件系统的实时传送，也可来自本地存盘文件。软件可通过测量信噪比SNR，动态范围SDFR等指标评估8个ADC采样通道的性能，可测量信号频谱峰值、频率、时宽、脉宽等。可灵活布置界面视图，控制谱图显示方式。

实时数据分析界面
文件数据分析界面
信号测量分析界面
信号视图设置界面
系统控制页面，以系统数据信号流视角展示，提供各环节的控制功能，并展示系统工作状态。
例如，对于信号采集模式，可设置采集触发模式（内部自触发、外部信号触发等），每次触发采集长度，全过程采集次数等，采集信号输出目的地，还可将采集数据存储为计算机本地文件。
再如，对于信号生成模式，可设置输出脉冲波或连续波，脉冲波宽度，触发模式等。
产品信息页面，用于展示产品代号、序列号、温湿度等信息。

典型使用


信号采样


本产品的典型使用场景之一，即是对8路模拟信号进行同步的采样量化，继而将量化数据传输到计算机，供计算机进行数据分析。
采集并传输到计算机的数据可以被如下图的示例软件分析，也可以由用户自行编写的软件读取解析并处理。
下图所示软件，是产品附带的一款采集数据分析软件，可分析采样通道对信号的量化指标，也可分析通道间信号采集的同步性。

信号生成


本产品的另一典型使用场景，即是在计算机中构造信号数据，继而将数据下载到产品硬件中，生成模拟信号。
下图所示软件是一款用于构造信号数据的示例软件，用户也可使用Matlab / Python等软件自行编写软件构造信号波形数据，基于产品的8个DAC通道将数据转换为现实世界中的模拟电信号。