《射频片上系统（RFSoC）中先进雷达波形定制数字合成器的比较》美国陆军研究实验室2022最新34页技术报告

射频片上系统，或称RFSoC，是射频工程中的一个新兴模式。具体来说，它将嵌入式处理能力的灵活性与单芯片上紧密耦合的射频模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）相结合。这大大降低了实现射频收发器的设计复杂性，并普遍降低了尺寸、重量和功率要求。RFSoC有多种形式和不同程度的复杂性；有些是为最初的实验室演示和原型设计的，有些是缩小了外形尺寸，为可部署或生产应用设计的。总的来说，RFSoC大大加快了软件定义无线电（SDR）的市场，SDR是具有射频功能的计算设备，可以在不同的抽象层进行重新编程和重新配置，从工厂到实验室，到生产车间，甚至最终用户。

使用SDR实现雷达，无论是独立的还是作为多功能射频的一部分，都是一个不断增长的趋势，并且可以在RFSoC中有效实现。特别是，使用线性频率调制（LFM）或 "FM啁啾"的先进雷达波形，正在成为雷达脉冲的行业标准，因为它们的返回可以通过数字信号处理进行可靠的处理，以实现高度精确的范围分辨率。

波形设计，特别是数字合成的雷达波形，是一个活跃的研究领域。一个能够以高频率发射多个复杂波形，并能以极低的延迟在多个波形之间切换的设计，应该利用完全在RFSoC（即硬件）的可编程逻辑（PL）部分实现波形的更高速度和处理能力。因此，探索波形数字合成的广泛架构选择是有益的。

在这项研究中，我们设计并实现了两个定制的数字合成器：一个线性频率调制发生器（LFMGEN）和一个可变直接数字合成器（VARDDS）。合成器是用极高速集成电路硬件描述语言（VHDL）设计的，采用了寄存器传输级（RTL）方法，并封装在赛灵思高级可扩展接口（AXI）标准包装器中，以方便它们在Vivado知识产权（IP）集成器中使用。每个设计都与轻量级硬件抽象层和一组软件驱动器配对，以包含在Xilinx Vitis C应用项目中。合成器被集成到基于赛灵思第一代（Gen）RFSoC ZCU111评估平台的测试平台中，由此产生的射频波形可以在实验室环境中生成和分析。合成器是针对各种最大瞬时带宽（IBW）实现的（后置和路由结果），并对其在波形生成、负载和交换延迟、资源使用、时间限制和功耗方面的相对优势和劣势进行比较。这项工作的贡献如下：

首次对Xilinx RFSoC上的多个定制数字雷达波形合成器进行比较。
对数字合成器进行了彻底的介绍和比较，每个合成器都针对各种标准进行了优化，包括性能（延迟和带宽）、资源（块状随机存取存储器[RAM]、现场可编程门阵列[FPGA]查找表[LUT]和功率）以及灵活性（LFM与任意同相和正交[IQ]波形生成）。每个数字合成器都能独立地以16位的精度再现高达1GHz的IBW波形。
基于Xilinx RFSoC开发雷达波形设计原型或生产形态的设计理念和策略。
分析复杂的射频数字和RFSoC特定的设计考虑因素，包括采样率、块设计时序封闭和时钟管理。