开源相控阵雷达【PLFM_RADAR】:(一)硬件篇——主板
前言
鉴于PLFM_RADAR项目当前在github非常火爆,因此本博主打算在遵从项目开源协议的框架下对硬件进行复刻,并实时跟踪项目进展状态,感兴趣的开发者后台和博主一起学习交流。
一、EDA软件准备
该项目的原理图和PCB设计软件国内使用者较少,博主也是花了很长时间才在网上找到对应的资源,Autodesk EAGLE(全称 Easily Applicable Graphical Layout Editor)是一款经典的 PCB(印刷电路板)电子设计自动化(EDA)软件,以轻量、易用、跨平台著称,广泛用于原理图绘制、PCB 布局布线、元件库管理与生产文件输出。


二、原理图分析

主板的原理图一共分为4页:

第一页是 MainBoard 的“供电中枢”。它把外部输入电源分配、转换、滤波后,供给整块板上的不同模块使用。

第二页是MainBoard 的“大脑 + 协调中枢”。
它主要包含两类角色:
(1)STM32F746ZGT7:系统管理、配置、通信,这是 STM32F7 系列高性能 MCU,它在项目里主要负责:
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上电初始化
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配置外部器件
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管理 SPI / I²C / GPIO
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与上位机通信
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给 FPGA 下发控制参数
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读取电流、温度、偏置状态
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控制收发模式与系统状态机
(2)FPGA:XC7A50T-2FTG256I,这是 Xilinx Artix-7 FPGA,
它是整个雷达数字域的核心之一,主要承担:
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高速 ADC 数据接收
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DAC 数字波形输出控制
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与外设的严格时序配合
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雷达信号处理前端
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与 MCU 配合完成系统控制
在雷达项目里,FPGA 的优势是:
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并行
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低延迟
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时序稳定
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非常适合采样、缓存、FIFO、数字下变频、脉压、FFT 这类任务

第三页是项目的核心部分,它完成了雷达的发射链和接收链,原理图里已经直接写了三个很关键的标题:
TX CHAIN: DAC -> RECONSTRUCTION FILTER -> MIXER -> STUB BPF
RX CHAIN: ADC <- 2nd STAGE AMPLIFIER(10dB) <- 1st STAGE AMPLIFIER(15dB) <- IF LPF <- MIXER <- STUB BPF
TX RX RF SWITCH <-> SPLITTER/COMBINER
主要器件:
(1)AD9708AR,主要作用生成雷达发射的线性调频(LFM/PLFM)脉冲信号;
(2)LTC5552,发射和接收的混频器;
(3)AD9484BCPZ,主要作用把接收链最后得到的 IF 模拟信号采样成数字数据;
(4)M3SWA2-34DR+,射频开关,在发射时,把信号导向发射路径,在接收时,把天线回波导向接收路径;
(5)AD8352ACPZ-R7,射频增益/可变增益相关器件,结合位置看,它们用于 RF/IF 链路中的模拟调理或增益控制;
(6)ADAR1000ACCZN,用于接收和发射波束成形,是项目最核心的芯片;
(7)ADTR1107,用于低噪声放大(RX)和功率放大(TX)阶段。

第四页主要完成信号采集,主要包括功放漏极电流监测,功放温度监测,以及功放栅压偏置控制。
三、PCB分析

主板的叠层为10层板,大小为26*30cm。


从主板外观来看空间非常富裕,根据作者评论区来看,V2可能会将FPGA+STM的方案修改为ZYNQ或者MPSOC的方案,根据博主的经验来看,可能改为MPSOC的方案来看未来的可扩展性可能会更高一些,我们可以持续关注项目的进展。
四、生产文件


相关目录中提供了主板的的叠层文件:

从作者提供的叠层文件来看,主板采用了多层高频混压PCB,也就是罗杰斯4350B+FR-4混压板,这种层叠结构既保证了射频性能,又降低了材料成本,体现出了该项目低成本的设计理念。
五、总结
通过对主板的原理图以及PCB和生产文件分析的结果来看,项目V1板本具备一定的工程价值,请期待博主后续,待分析完所有模块之后,整理相应的生产资料,联系合适的PCB制版厂,进行复刻。
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