CN101726668B - 微波信号分析仪器的扫描控制方法及内置扫描控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波信号分析仪器的扫描控制方法及内置扫描控制器，该方法为：设置若干扫描频段以及每个扫描频段的扫描步进点数；将每个扫描步进点所涉及的每个功能板单元的端口地址和数据存储在扫描控制器内；在扫描时钟的触发下，扫描控制器依次读取端口地址并将与该端口地址对应的数据转换为调整参数随同端口地址一起输出至系统串行总线；各功能板单元获取该功能板的调整参数并执行相应的操作。本发明在微波仪器的系统总线上加装了扫描控制器并预存每一个扫描点的调整参数，扫描过程由扫描控制器替代主机CPU完成所有扫描控制动作，实现方法简单，成本低，并可以在CPU不中断的情况下完成全波段扫描。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波信号分析仪器，特别是涉及一种微波信号分析仪器的扫描控制方法及内置扫描控制器。
背景技术
在微波信号分析仪器中，仪器的扫描频率跨度一般都很大，从几十Hz到上百GHz，因此仪器在实际扫描工作中，一般需要将扫描频率范围划分为多个扫描波段进行扫描才能覆盖整个频率范围，而每个扫描波段又由很多的扫描点组成(即每个扫描波段需要重复多次扫描)，每个扫描点都要涉及到YTO锁相环路，小数分频锁相环路，YTF调谐滤波器，倍频开关和开关滤波器等多个功能板的控制和补偿以及跟踪预选器频率和带宽控制等多个方面。
通常微波信号分析仪器的扫描过程都由仪器的主控计算机来控制，扫描波段的每个扫描点都需要锁相、功率补偿等调整，这样每个扫描点都需要中断主控计算机来设置这些扫描调整参数，从而导致仪器的扫描速度比较慢，使主控计算机CPU效率比较低，尤其在Windows操作环境下。然而，扫描速度是微波信号分析仪器的一项重要指标，为了提高扫描速度，现有的作法是在每个功能板(即功能电路板)上加装RAM存储器，存储该功能板相应的调整数据，然后通过步进时钟控制在每个扫描点输出这些控制数据至主控计算机，再由主控计算机来控制扫描。这样虽然可以节省主控计算机读取扫描参数的时间，提高了 扫描速度，然而，加装了这些数字电路尤其是RAM会给功能电路板却增加很多难以滤除的噪声干扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决微波信号分析仪器扫描速度比较慢或噪声干扰大的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种微波信号分析仪器的扫描控制方法，包括以下步骤：
A10、根据仪器的扫描频率范围和精度设置若干扫描频段以及每个扫描频段的扫描步进点数；
A20、将每个扫描步进点所涉及的每个功能板单元的端口地址和数据存储在扫描控制器内；在仪器系统扫描时钟的触发下，扫描控制器依次读取端口地址并将与该端口地址对应的数据转换为调整参数随同端口地址一起输出至系统串行总线；
A40、各功能板单元根据端口地址从系统串行总线上获取该功能板的调整参数并执行相应的操作。
上述方案中，步骤A20包括以下步骤：
A201、将各功能板单元的端口地址分别存入扫描控制器中的地址RAM中；
A202、将每一个扫描频段的扫描点数和数据分别存入扫描控制器中的数据RAM中，其中线性功能板单元的数据包括起始量和步进量两个参数，开关功能板单元的数据包括开关量一个参数；
A203、在仪器系统扫描时钟的触发下，扫描控制器依次读取端口地址并根 据该端口地址获得该功能板单元是否为线性功能板单元的判断结果；
A204、根据所述判断结果进行数据转换，
当所述判断结果表明该功能板单元是线性功能板单元时，调整参数＝起始量+步进量×当前扫描点数；
当所述判断结果表明该功能板单元是开关功能板单元时，调整参数＝开关量；
A205、扫描点数寄存器在第一次扫描时钟的触发下装入数据RAM单元中当前扫描频段的扫描点数，并随扫描时钟的触发依次减1，根据扫描点数寄存器的值是否为0获得当前扫描频段是否结束的判断结果，
当判断结果表明当前扫描频段未结束时，将线性功能板单元的端口地址和调整参数输出至系统串行总线，开关功能板单元的端口地址和调整参数不输出；
当判断结果表明当前扫描频段结束时，将开关功能板单元的端口地址和调整参数输出至系统串行总线。
所述线性功能板单元为由D/A数模转换器控制的线性功能板单元，至少包括YTO锁相环路、小数分频锁相环路和YTF调谐滤波器；所述开关功能板单元至少包括倍频开关和开关滤波器。
本发明还提供了一种微波信号分析仪器的内置扫描控制器，该扫描控制器连接在微波信号分析仪器的系统总线上，所述扫描控制器包括：
地址RAM单元，分别存放仪器各功能板单元的端口地址；
数据RAM单元，分别存放仪器各功能板单元在每一扫描频段的扫描点数和数据；
扫描点数寄存器，在第一次扫描时钟的触发下装入数据RAM单元中当前扫描频段的扫描点数，并随扫描时钟的触发依次减1；
第一比较单元，根据从地址RAM单元中读取的端口地址获得该功能板单元是否为线性功能板单元的判断结果；
第二比较单元，根据扫描点数寄存器的值是否为0获得当前扫描频段是否结束的判断结果；
第一寄存器和第二寄存器，用于存储从数据RAM单元中获取的起始量和步进量；
转换单元，根据第一比较单元的判断结果将从数据RAM单元中获取的数据转换为调整参数，当第一比较单元的判断结果表明该功能板单元是线性功能板单元时，调整参数＝第一寄存器中存储的起始量+第二寄存器中存储的步进量×当前扫描点数；当第一比较单元的判断结果表明为开关量时，调整参数＝从数据RAM单元中获取的开关量；
控制单元，在仪器系统扫描时钟的触发下，依次读取各功能板单元的端口地址，并根据第一、第二比较单元的判断结果，将转换单元中的调整参数随端口地址输出至系统串行总线；
当第一比较单元的判断结果表明该功能板单元是线性功能板单元时，将转换单元中的调整参数随该功能板单元的端口地址输出至系统串行总线；
当第一比较单元的判断结果表明该功能板单元是开关功能板单元时，根据第二比较单元的判断结果决定是否输出端口地址和调整参数，当第二比较单元的判断结果表明当前扫描频段结束时，将该开关功能板单元的端口地址和调整参数输出至串行总线；否则，不输出该开关功能板单元的端口地址和调整参数。
本发明，在微波信号分析仪器的控制总线上加装了扫描控制器并预存每一个步进扫描频段所涉及到的功能板的端口地址和调整数据，在扫描过程中由扫描控制器替代主控计算机完成所有扫描控制动作，实现方法简单，软硬件成本低，并可以在扫描过程中控制所有功能电路板单元，在CPU不中断的情况下完成全波段扫描，同时不会增加系统噪声干扰。
附图说明
图1为本发明微波信号分析仪器的内置扫描控制器的结构示意图；
图2为本发明微波信号分析仪器的扫描控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作出详细的说明。
图1为本发明微波信号分析仪器的内置扫描控制器的结构示意图。如图1所示，扫描控制器通过并行总线连接到微波信号分析仪器的系统总线上，该扫描控制器由CPLD(Complex Programmable Logic Device，是Complex PLD的简称，一种较PLD更为复杂的逻辑元件，用来实现控制逻辑)和外部RAM实现，根据控制量的多少选取FIFO(或RAM)的容量，如果仪器参数不是很多，CPLD内部的存储器容量足够，可以不用外部RAM。具体地说，所述扫描控制器包括地址RAM单元、数据RAM单元、第一比较单元、第二比较单元、计数器、第一寄存器和第二寄存器、转换单元和控制单元。地址RAM单元中分别存放仪器各功能板单元的端口地址，数据RAM单元中分别存放仪器各功能板单元在每一扫描频段的扫描点数和数据，扫描点数寄存器在第一次扫描时钟的触发下装入数据RAM单元中当前扫描频段的扫描点数，并随扫描时钟的触发依次减1，当减到零时，再自动装入下一个扫描频段的点数，直到最后一个扫描频段，扫完最后一段后，自动装入第一段的点数，如果有扫描步进脉冲，则扫描又从第一段开始。第一比较单元根据从地址RAM单元中读取的端口地址获得该功能板单元是否为线性功能板单元的判断结果，第二比较单元根据扫描点数寄存器的值是否为0获得当前扫描频段是否结束的判断结果，计数器累加收到的系统扫描时钟的个数，第一寄存器和第二寄存器用于存储从数据RAM单元中获取的起始量和步进量，转换单元根据第一比较单元的判断结果将从数据RAM单元中获取的数据转换为调整参数，当第一比较单元的判断结果表明该功能板单元是线性功能板单元时，调整参数＝第一寄存器中存储的起始量+第二寄存器中存储的步进量×当前扫描点数；当第一比较单元的判断结果表明为开关量时，调整参数＝从数据RAM单元中获取的开关量，控制单元在仪器系统扫描时钟的触发下，依次读取各功能板单元的端口地址，并根据第一、第二比较单元的判断结果，将转换单元中的调整参数随端口地址输出至系统串行总线，当第一比较单元的判断结果表明该功能板单元是线性功能板单元时，将转换单元中的调整参数随该功能板单元的端口地址输出至系统串行总线；当第一比较单元的判断结果表明该功能板单元是开关功能板单元时，根据第二比较单元的判断结果决定是否输出端口地址和调整参数，当第二比较单元的判断结果表明当前扫描频段结束时，将该开关功能板单元的端口地址和调整参数输出至串行总线；否则，不输出该开关功能板单元的端口地址和调整参数。
扫描的起始和停止由扫描脉冲控制(总的扫描点数为扫描触发脉冲个数，步进的时间间隔为脉冲间隔)，当设置完扫描控制器后，主机启动扫描脉冲输 出，触发扫描控制器开始工作，在每个扫描脉冲上升沿，扫描控制器都输出一帧针对于该频点的地址和调整参数。如果没有扫描脉冲则没有地址和调整参数输出到仪器系统总线，扫描步进完全由扫描脉冲控制。内部数据运算和输出数据速率可以由总线时钟(或其它时钟)决定，是否输出由扫描时钟沿触发。
微波测量仪器中一般以PCI总线或ISA总线作为系统总线，各功能板再直接连到系统总线上由CPU控制其工作，也有PCI总线或ISA总线后接并行总线到串行总线的转换装置，再通过串行总线连接到仪器的各功能板，本发明中的扫描控制器同样可以通过串行总线连接到微波信号分析仪器的控制总线上，主机软件通过并行总线来控制和设置扫描控制器，扫描控制器的输出接到串行总线转换装置上。
下面以一个具体实例对本发明的扫描控制方法进行详细的说明。
某型号的宽带微波接收机的工作频率范围为9kHz～40GHz，划分为10个扫描频段，每个扫描频段设置有多个扫描点，总的扫描点数n＝1778。在扫描过程中需要控制的功能板有：YTO锁相环路、小数分频锁相环路、YTF调谐滤波器、倍频开关和开关滤波器等，对于YTO锁相环路这种连续量的控制，有多少个扫描点就需要多少中断来设置参数，因此传统方式由主机CPU来设置参数，则需要CPU中断1778次。因此在频率范围比较宽的情况下，扫描点数比较多的数字扫描方式采用主控计算机的CPU来设置每个扫描点的调整参数会使扫描速度很慢，尤其是在Windows操作系统下可能会使系统反应迟钝甚至当机。
应用本发明提供的微波信号分析仪器的扫描控制方法则可以大大提高扫描速度。为了便于解释和说明，本实例仅考虑了3个不同的功能板，YTO锁相环路、YTF调谐滤波器和开关滤波器，表1为上述三个功能板的扫描参数表。 本发明提供的微波信号分析仪器的扫描控制方法包括以下步骤：
A10、根据仪器的扫描频率范围和精度设置为10个扫描频段，每个扫描频段设置为多个扫描步进点数，120、132、61、130、205、53、199、270、270、338，总的扫描点数为1778。
A20、将每个扫描步进点所涉及的每个功能板单元的端口地址和数据存储在扫描控制器内；在仪器系统扫描时钟的触发下，扫描控制器依次读取端口地址并将与该端口地址对应的数据转换为调整参数随同端口地址一起输出至系统串行总线。该步骤详细分为以下步骤：
A201、将各功能板单元的端口地址分别存入扫描控制器中的地址RAM中，即在地址RAM中依次存入YTO锁相环路、YTF调谐滤波器和开关滤波器的端口地址0x30、0x40、0x50；
A202、将每一个扫描频段的扫描点数和数据分别存入扫描控制器中的数据RAM中，其中线性功能板单元的数据包括起始量和步进量两个参数，开关功能板单元的数据包括开关量一个参数，例如，在第一个扫描频段9kHz～2658.6MHz，扫描点数为120；YTO锁相环路的端口地址为0x30，起始量为250，步进量为10；YTF调谐滤波器的端口地址为0x40，起始量和步进量均为0；开关滤波器的端口地址为0x50，开关量为0x080，其他数据见参见表1。
A203、扫描过程由系统扫描脉冲时钟触发，在每一个扫描时钟的上升沿，扫描控制器首先依次从地址RAM中读取一个端口地址，并根据该端口地址判断该功能板单元是否为线性功能板单元。
A204、根据所述判断结果进行数据转换，当所述判断结果表明该功能板单元是线性功能板单元时，调整参数＝起始量+步进量×当前扫描点数；当所述 判断结果表明该功能板单元是开关功能板单元时，调整参数＝开关量；
A205、扫描点数寄存器在第一次扫描时钟的触发下装入数据RAM单元中当前扫描频段的扫描点数，并随扫描时钟的触发依次减1，根据扫描点数寄存器的值是否为0获得当前扫描频段是否结束的判断结果，当判断结果表明当前扫描频段未结束时，将线性功能板单元的端口地址和调整参数输出至系统串行总线，开关功能板单元的端口地址和调整参数不输出；当判断结果表明当前扫描频段结束时，将开关功能板单元的端口地址和调整参数输出至系统串行总线。
在步骤A204和A205中，假设读取的地址是0x30，该端口地址对应的是YTO锁相环路，为线性功能板单元，当前扫描点数为1，则调整参数YTO调谐DAC＝250+10×1＝260，端口地址0x30和调整参数260输出至系统串行总线；扫描控制器继续读取端口地址，此时读出的端口地址为0x40，该端口地址对应的是YTF调谐滤波器，同样为线性功能板单元，当前扫描点数为1，则调整参数YTF调谐DAC＝0+0×1＝0，也就是说，当前YTF调谐DAC不需调整(该调整参数在第三段以后开始调整)，端口地址0x30和调整参数260输出至系统串行总线；扫描控制器继续读取端口地址，此时读出的端口地址为0x50，该端口地址对应的是开关滤波器，这是一个非线性功能板单元，此时则调整参数＝从数据RAM单元中获取的开关量，即调整参数＝0x080；对于非线性功能板单元，需要在当前扫描频段结束时再将端口地址和调整参数输出至系统串行总线，即经过120个扫描时钟后，才将0x50和0x080输出至系统串行总线。这个过程的实现通过扫描点数寄存器进行，该寄存器的值随扫描时钟的触发依次减1，当扫描点数寄存器的值为0时，说明当前扫描频段结束。
A30、各功能板单元根据端口地址从系统串行总线上获取该功能板的调整 参数并执行相应的操作。
在系统下一次扫描时钟的触发下，扫描控制器重复步骤203至205，直至完成最后一个扫描频段。
表1：
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.微波信号分析仪器的扫描控制方法，其特征在于包括以下步骤：
A10、根据仪器的扫描频率范围和精度设置若干扫描频段以及每个扫描频段的扫描步进点数；
A20、将每个扫描步进点所涉及的每个功能板单元的端口地址和数据存储在扫描控制器内；在仪器系统扫描时钟的触发下，扫描控制器依次读取端口地址并将与该端口地址对应的数据转换为调整参数随同端口地址一起输出至系统串行总线；
A40、各功能板单元根据端口地址从系统串行总线上获取该功能板的调整参数并执行相应的操作；
其中，步骤A20包括以下步骤：
A201、将各功能板单元的端口地址分别存入扫描控制器中的地址RAM中；
A202、将每一个扫描频段的扫描点数和数据分别存入扫描控制器中的数据RAM中，其中线性功能板单元的数据包括起始量和步进量两个参数，开关功能板单元的数据包括开关量一个参数；
A203、在仪器系统扫描时钟的触发下，扫描控制器依次读取端口地址并根据该端口地址获得该功能板单元是否为线性功能板单元的判断结果；
A204、根据所述判断结果进行数据转换，
当所述判断结果表明该功能板单元是线性功能板单元时，调整参数＝起始量+步进量×当前扫描点数；
当所述判断结果表明该功能板单元是开关功能板单元时，调整参数＝开关量；
A205、扫描点数寄存器在第一次扫描时钟的触发下装入数据RAM单元中当前扫描频段的扫描点数，并随扫描时钟的触发依次减1，根据扫描点数寄存器的值是否为0获得当前扫描频段是否结束的判断结果，
当判断结果表明当前扫描频段未结束时，将线性功能板单元的端口地址和调整参数输出至系统串行总线，开关功能板单元的端口地址和调整参数不输出；
当判断结果表明当前扫描频段结束时，将开关功能板单元的端口地址和调整参数输出至系统串行总线。
2.如权利要求1所述的微波信号分析仪器的扫描控制方法，其特征在于，所述线性功能板单元为由D/A数模转换器控制的线性功能板单元，至少包括YTO锁相环路、小数分频锁相环路和YTF调谐滤波器；所述开关功能板单元至少包括倍频开关和开关滤波器。
3.微波信号分析仪器的内置扫描控制器，该扫描控制器连接在微波信号分析仪器的系统总线上，其特征在于所述扫描控制器包括：
地址RAM单元，分别存放仪器各功能板单元的端口地址；
数据RAM单元，分别存放仪器各功能板单元在每一扫描频段的扫描点数和数据；
扫描点数寄存器，在第一次扫描时钟的触发下装入数据RAM单元中当前扫描频段的扫描点数，并随扫描时钟的触发依次减1；
第一比较单元，根据从地址RAM单元中读取的端口地址获得该功能板单元是否为线性功能板单元的判断结果；
第二比较单元，根据扫描点数寄存器的值是否为0获得当前扫描频段是否结束的判断结果；
第一寄存器和第二寄存器，用于存储从数据RAM单元中获取的起始量和步进量；
转换单元，根据第一比较单元的判断结果将从数据RAM单元中获取的数据转换为调整参数，当第一比较单元的判断结果表明该功能板单元是线性功能板单元时，调整参数＝第一寄存器中存储的起始量+第二寄存器中存储的步进量×当前扫描点数；当第一比较单元的判断结果表明为开关量时，调整参数＝从数据RAM单元中获取的开关量；
控制单元，在仪器系统扫描时钟的触发下，依次读取各功能板单元的端口地址，并根据第一、第二比较单元的判断结果，将转换单元中的调整参数随端口地址输出至系统串行总线；
当第一比较单元的判断结果表明该功能板单元是线性功能板单元时，将转换单元中的调整参数随该功能板单元的端口地址输出至系统串行总线；
当第一比较单元的判断结果表明该功能板单元是开关功能板单元时，根据第二比较单元的判断结果决定是否输出端口地址和调整参数，当第二比较单元的判断结果表明当前扫描频段结束时，将该开关功能板单元的端口地址和调整参数输出至串行总线；否则，不输出该开关功能板单元的端口地址和调整参数。
4.如权利要求3所述的微波信号分析仪器的内置扫描控制器，其特征在于所述线性功能板单元为由D/A数模转换器控制的线性功能板单元，至少包括YTO锁相环路、小数分频锁相环路和YTF调谐滤波器；所述开关功能板单元至少包括倍频开关和开关滤波器。
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