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來源：Digikey 作者： Tawfeeq Ahmad 我們正在進(jìn)入一個(gè)多頻天文學(xué)的新時(shí)代，在這個(gè)時(shí)代，同時(shí)觀測(cè)不同類型的無線電波增進(jìn)了我們對(duì)宇宙的理解，其效果遠(yuǎn)超觀測(cè)單一類型的無線電波所能達(dá)到的效果。就像把收音機(jī)調(diào)到特定的電臺(tái)一樣，射電天文學(xué)家可以調(diào)整望遠(yuǎn)鏡，使其能夠接收來自數(shù)百萬光年之外的無線電波。這些望遠(yuǎn)鏡可以調(diào)整為觀測(cè)各種頻率，從而讓科學(xué)家們能夠收集有關(guān)宇宙現(xiàn)象的各種數(shù)據(jù)。利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)算法和尖端的信號(hào)處理技術(shù)，天文學(xué)家可以對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行解碼，以用于研究各種宇宙事件和結(jié)構(gòu)，包括恒星的誕生和死亡、星系的形成和演化，以及構(gòu)成宇宙的各種物質(zhì)。 射電望遠(yuǎn)鏡是一種天文儀器，專門用于探測(cè)和分析從大約 10 米 (30 MHz) 到 1 毫米 (300 GHz) 的寬波長(zhǎng)范圍內(nèi)的射頻輻射。這種輻射由脈沖星、恒星、星系和類星體等各種地外輻射源發(fā)出。射電望遠(yuǎn)鏡探測(cè)微弱無線電輻射的效果取決于幾個(gè)關(guān)鍵因素：天線的尺寸和效率、用于信號(hào)放大和探測(cè)的接收器的靈敏度，以及數(shù)據(jù)處理質(zhì)量。 現(xiàn)代數(shù)字后端接收器采用前沿技術(shù)，可顯著提高天文觀測(cè)的清晰度和細(xì)節(jié)。這些先進(jìn)的接收器利用尖端算法和高性能硬件高效處理大量數(shù)據(jù)，使得天文學(xué)家的研究能夠達(dá)到前所未有的精度。 射電望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的主要元器件是接收器。接收器的主要作用是將天線收集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式，此過程對(duì)高級(jí)信號(hào)處理至關(guān)重要。這一轉(zhuǎn)換過程涉及多項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，包括濾除噪聲、放大微弱信號(hào)以及將接收到的無線電波精確數(shù)字化。此外，數(shù)字后端接收器還負(fù)責(zé)管理高速數(shù)據(jù)傳輸，確保能夠快速、準(zhǔn)確地處理和分析大量觀測(cè)數(shù)據(jù)。 通過提高信噪比和提供更精細(xì)的分辨率，這些接收器可以讓研究人員更深入地研究宇宙現(xiàn)象的復(fù)雜細(xì)節(jié)。這些先進(jìn)的數(shù)字后端接收器集成到射電望遠(yuǎn)鏡中，為射電天文學(xué)領(lǐng)域帶來了徹底的變革。這一技術(shù)飛躍為研究和探索開辟了新的道路，能夠提供關(guān)于宇宙及其無數(shù)現(xiàn)象的深刻見解。現(xiàn)代射電望遠(yuǎn)鏡的功能也得到了增強(qiáng)，現(xiàn)在能夠研究微弱和遙遠(yuǎn)的天體，探測(cè)微弱的宇宙信號(hào)，探索宇宙的基本過程。 
圖 1：射電望遠(yuǎn)鏡徹底改變了射電天文學(xué)領(lǐng)域。（圖片來源：iWave） 隨著我們不斷改進(jìn)這些儀器和開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)，天文學(xué)領(lǐng)域取得突破性發(fā)現(xiàn)的可能性必將越來越高。數(shù)字后端技術(shù)的不斷進(jìn)步將進(jìn)一步增強(qiáng)天文學(xué)家揭開宇宙奧秘的能力，從星系的形成和恒星的生命周期，到暗物質(zhì)的性質(zhì)以及宇宙膨脹的本質(zhì)。在不懈追求知識(shí)和不斷改進(jìn)觀測(cè)工具的推動(dòng)下，射電天文學(xué)的未來充滿了令人興奮的可能性。 iW-RainboW-G42M 系統(tǒng)級(jí)模塊 (SoM)（圖 2）集成了 ZU49DR 并與 ZU39 和 ZU29 兼容。該 SoM 由一個(gè)多元處理系統(tǒng)組成，包含一個(gè) FPGA、一個(gè) Arm Cortex-A53 處理器和一個(gè)實(shí)時(shí)雙核 Arm Cortex-R5，以及高速 ADC 和 DAC 通道，能夠無縫采集、處理和響應(yīng)射頻信號(hào)。其配備板載 8 GB 64 位 DDR4 RAM，具有用于處理系統(tǒng)的糾錯(cuò)碼，另有專用于可編程邏輯的 8 GB 64 位 DDR4 RAM。RFSoC SoM 憑借其業(yè)界領(lǐng)先的射頻通道數(shù)從眾多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中脫穎而出，該 SoM 提供 10 GSPS 的 16 通道 RF-DAC 和 2.5 GSPS 的 16 通道 RF-ADC。
圖 2：iW-RainboW-G42M SoM 包含一個(gè) FPGA、一個(gè) Arm Cortex-A53 處理器和一個(gè)實(shí)時(shí)雙核 Arm Cortex-R5。（圖片來源：iWave） 該 SoM 加入了集成超低噪聲可編程射頻 PLL，簡(jiǎn)化了 SoM 在最終產(chǎn)品中的使用方式，解決了與復(fù)雜時(shí)鐘架構(gòu)相關(guān)的各種問題。這樣的集成可擴(kuò)大整個(gè)射頻信號(hào)鏈中的系統(tǒng)信號(hào)處理帶寬，同時(shí)還能增強(qiáng) SyncE 和 PTP 網(wǎng)絡(luò)同步，確保達(dá)到最佳同步水平。采用 AMD Zynq UltraScale+ RFSoC Gen3 器件，該模塊非常適合需要緊湊型封裝、低功耗和實(shí)時(shí)處理能力的射頻系統(tǒng)。對(duì)于希望簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)架構(gòu)、加快射電望遠(yuǎn)鏡天文數(shù)字后端部署、最大限度降低器件功耗和硬件開發(fā)成本的客戶來說，該模塊還是一種即用型解決方案。 iWave 推出由 G42M Zynq UltraScale+ RFSoC SoM 提供支持的 RFSoC PCIe ADC DAC 數(shù)據(jù)采集卡（圖 3）。該卡具有一個(gè) 3/4 長(zhǎng)度的 PCIe Gen3 x8 主機(jī)接口，用于連接計(jì)算機(jī)/服務(wù)器。采用前沿射頻和信號(hào)完整性設(shè)計(jì)方法，可確保高速連接。此外，該卡的適應(yīng)性還能使其無縫集成到各種應(yīng)用中，從而為現(xiàn)場(chǎng)部署提供通用的解決方案。
圖 3：iWave 的 iW-G42P-ZU49-4E008G-E032G-LIA 卡具有一個(gè) 3/4 長(zhǎng)度的 PCIe Gen3 x8 主機(jī)接口，用于連接計(jì)算機(jī)/服務(wù)器。（圖片來源：iWave） iWave RFSoC ADC DAC PCIe 卡增強(qiáng)了 RFSoC 的片上資源，提供： · 16 條 ADC 通道 4 x 直角 SMA 連接器，位于前面板上，帶平衡不平衡轉(zhuǎn)換器 (BW- 800 MHz - 1 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉(zhuǎn)換器 (BW- 800 MHz -– 1 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉(zhuǎn)換器 (BW- 700 MHz - 1.6 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉(zhuǎn)換器 (BW- 10 MHz -– 3 GHz) · 16 條 DAC 通道 4 x 直角 SMA 連接器，位于前面板上，帶平衡不平衡轉(zhuǎn)換器 (BW- 800 MHz -– 1 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉(zhuǎn)換器 (BW -800 MHz - 1 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉(zhuǎn)換器 (BW -700 MHz - 1.6 GHz) 4 x 直式 SMA 連接器，帶平衡不平衡轉(zhuǎn)換器 (BW -10 MHz - 3 GHz) · NVMe PCIe Gen2 x2/x4 M.2 連接器 · FMC+ HSPC 連接器 該 SOM 和 PCIe 卡均為上市就緒產(chǎn)品，并配有全面的文檔、軟件驅(qū)動(dòng)程序和板級(jí)支持包。iWave 的產(chǎn)品長(zhǎng)壽命計(jì)劃確保模塊可長(zhǎng)期使用（10 年以上）。 結(jié)語 射電望遠(yuǎn)鏡數(shù)字后端技術(shù)的進(jìn)步將幫助天文學(xué)家揭開宇宙的神秘面紗，iWave 的元器件將為他們提供一臂之力。借助 iW-RainboW-G42M SoM 和 iW-G42P-ZU49-4E008G-E032G-LIA PCIe 卡，iWave 可幫助射電望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)人員增強(qiáng)其數(shù)字后端。 |
