CN102386894B

CN102386894B - 基于pxi总线的矢量信号源插卡式结构模块

Info

Publication number: CN102386894B
Application number: CN201110295402.5A
Authority: CN
Inventors: 吴成海; 肖顺旺; 秦开宇; 郝晰辉; 吴绍炜; 罗志才; 何明利; 曹维; 韩尧; 吴延威; 周亮; 王继迎; 唐博; 刘钢锋; 金燕华
Original assignee: Chengdu Outwit Science & Technology Co Ltd; 63963 TROOPS PLA
Current assignee: Chengdu Outwit Science & Technology Co Ltd; 63963 TROOPS PLA
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: CN102386894A

Abstract

本发明为一种基于PXI总线的矢量信号源插卡式结构模块，包括有PXI接口电路1、基带信号生成电路2、数模转换电路3、频率合成电路4、IQ正交矢量调制电路5和ALC控制与矢量信号源输出电路6连同外设的插卡E，相结合构成一个模块化结构整体。依据软件无线电技术与采用集成电路模块化结构设计原理，建立数学模型，采用微波和高速数字处理芯片，对所需矢量信号源频率、幅度、功率进行设置，实时计算生成调制输出。在工艺上采用最佳屏蔽、接地、去耦、滤波及防泄漏优化设计，实现了布局合理、结构紧凑、安装巧妙、扩容性宽、适应性好、可靠性高等特点，完全满足当前数字通信系统的自动测试、分析的需求，并适应通信技术发展的需要。

Description

基于PXI总线的矢量信号源插卡式结构模块

技术领域

本发明涉及一种信号源模块，特别是一种基于PXI总线的矢量信号源插卡式结构模块。

背景技术

自PXI总线技术问世以来，基于PXI总线的自动测试系统得到广泛的发展。PXI总线矢量信号源也随之出现并取得大量应用。目前国内并无此类产品。国外主要由NI公司的PXI-5670矢量信号发生器和Aeroflex公司的PXI3020射频信号发生器。

根据NI官方网站的描述，NI PXI-5670是一款模式化2.7GHz RF矢量信号发生器，其功率和灵活性可满足产品开发从设计到制造全程的使用需求。NI PXI-5670可进行100MS/s速度512MB内存和20MHz实时带宽的真16位分辨率的任意波形发生。PXI-5670可生成自定义和标准的调制格式，包括AM、FM、PM、ASK、FSK、MSK、GMSK、PSK、QPSK、PAM和QAM。PXI-5670带有LabVIEW版NI调制工具包，其函数和工具可用于信号的发生、分析、视觉化，还可用于处理标准及自定义的数字和模拟调制模式。

Aeroflex公司的PXI3020射频信号发生器输出频率范围250MHZ到2.5GHZ，输出电平范围-120到+5dBm，数字调制用28MHZ射频带宽，双信道自动波形发生器为32M个样点（128MB），与IQ数据生成软件兼容，实时性的数字IQ调制输入，为低噪声3010/3011PXI射频合成器提供LO输入。

上述两个产品基带信号部分均采用任意波形发生模式，需要使用如IQ数据生成软件等软件预先计算好基带波形，并存储到板载内存中，通过波形的回放来得到调制信号，其波形计算和下载时间较长，并且其波形回放长度取决于板载内存容量的大小，在需要长波形序列产生的测试中应用，存储多不足。

目前在国内的平台产品中，以PXI数据采集设备和产生设备居多，如PXI数据采集卡、PXI波形发生器等，这类基于PXI总线的应用简单。而且现有的PXI矢量源模块均采用任意波形发生的方式，其波形计算与下载时间较长，波形回放长度受板载内存容量大小限制，难于推广应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述已有技术的不足，提供一种设计合理、性能可靠的基于PXI总线的矢量信号源插卡式结构模块。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于PXI总线的矢量信号源插卡式结构模块，包括有PXI接口电路1、基带信号生成电路2、数模转换电路3、频率合成电路4、IQ正交矢量调制电路5和ALC控制与矢量信号源输出电路6连同外设的插卡E，相结合构成一个模块化结构整体。其中：

所述PXI接口电路1，又包括有PCI接口芯片U1、FPGA芯片U2和本地时钟芯片U3，采用PCI+FPGA架构，且U1为PCI 9030接口芯片，它符合PCIV2.2规范的32位33MHZ从者芯片，能使PCI碎发传输速度高达132MB/S，支持本地总线多路复用和非多路复用32位地址/数据协议；U2为FPGA XC3S400芯片，它在PXI总线中对触发总线的电气规范要求，通过对FPGA的编程来完成触发信号的响应和触发信号的产生实现PXI接口；U3为本地时钟芯片，最高可达60MHZ，以适应PCI不同碎发传输速率的要求。

所述基带信号生成电路2，又包括有DSP芯片U5、FPGA芯片U7以及FIFO芯片U4和U6，采用DSP+FPGA架构，且U5为DSP TMS320C6416T，32位处理芯片，直接通过HPI口与PCI接口芯片U1的HPI口相连接，并经由插卡E至PXI总线，接受基带信号产生指令，动态生成m序列扩频码数字基带信号；U7为FPGA XC3S200，用以完成数字基带信号，产生数字I和数字Q基带信号；U4和U6为FIFO先进先出控制芯片，用以实现数据交换工作。

所述数模转换电路3为双通道DAC芯片U8，采用AD9777芯片，将数字I和数字Q两路数字信号转换为模拟I和模拟Q两路模拟信号。

所述频率合成电路4，又包括有DDS芯片U9、PLL芯片U10、LPF芯片U11、PD芯片U12、VCO芯片U13和/N芯片U14，采用DDS+PLL架构，且U9为直接数字频率合成器DDS AD9852/Analog Devices芯片，以提供高分辨率的参考，再通过U10锁相环PLL芯片，连同U14分频器/N芯片、U12合成器PD芯片、U11低通滤波LPF芯片和U13压控振荡VCO芯片，将合成源的频率锁定在指定的载波频率上，供IQ正交矢量调制电路5使用。

所述IQ正交矢量调制电路5为IQ正交调制芯片U15，将数模转换电路3输出的I、Q两路模拟基带信号调制在频率合成电路4提供的载波频率上成为矢量调制信号。

所述ALC控制与矢量信号源输出电路6，又包括有ALC调制芯片U16、Burst调制芯片U17、下变频芯片U18、检波器芯片U19和衰减器芯片U20，将来自IQ正交矢量调制电路5的矢量调制信号，其输出功率电平通过ALC调制芯片U16和其他相关电路完成信号的稳幅，经衰减器芯片U20作为矢量信号源输出，另外射频信号的一小部分经检波器芯片U19转换成直流电压，构成环路检测，以确保射频输出功率增加或减少，实现被测电压与参考电压相等。

本发明依据软件无线电技术与采用集成电路模块化结构设计原理，在功能上的系统软件常规操作包括有测量参数设置和系统操作两部分。其中测量参数设置有对频率、幅度、调制参数、触发以及射频开/关等功能的设置；而系统操作可分为：在线帮助、数据导入、在线校准、系统信息设置、载入并保存、打印及宏功能与宏设置等。在功能上的模块化结构采用高速数字信号处理技术、高速数模转换技术、低相噪频率合成技术和自动电平控制技术及高度集成化和小型化的芯片，实时计算生成基带信号，并将其变频到所需的射频调制信号，以获得从100KHZ到3GHZ的不同的矢量信号源。在工艺上采用低功耗整体布局设计，表面贴装和“drop in”技术，使结构紧凑，布局合理，安装巧妙，做到实现方式更加灵活，可扩展性更容易，完全满足当前数字通信系统测试与分析的要求，适应通信技术发展的需要。

附图说明

图1是本发明整体电原理图。

图中符号说明：

1是PXI接口电路，其中U1是PCI接口芯片，U2是FPGA芯片，U3是本地时钟芯片；

2是基带信号生成电路，其中U5是DSP芯片，U4和U6是FIFO芯片，U7是FPGA芯片；

3是数模转换电路，其中U8是DAC芯片；

4是频率合成电路，其中U9是DDS芯片，U10是PLL芯片，U11是LPF芯片，U12是PD芯片，U13是VCO芯片和U14是/N芯片；

5是IQ正交矢量调制电路，其中U15是IQ正交调制芯片；

6是ALC控制与矢量信号源输出电路，其中U16是ALC调制芯片，U17是Burst调制芯片，U18是下变频芯片，U19是检波器芯片，U20是衰减器芯片。

具体实施方式

请参阅图1所示，为本发明具体实施例。

从图1可以看出：本发明包括有PXI接口电路1、基带信号生成电路2、数模转换电路3、频率合成电路4、IQ正交矢量调制电路5和ALC控制与矢量信号源输出电路6连同外设的插卡E，相结合构成一个模块化结构整体。其中：

所述PXI接口电路1为PCI+FPGA架构，设置有PCI接口芯片U1、FPGA芯片U2和本地时钟芯片U3，且U1的地址、数据和控制端口直接经插卡E与PXI总线相连接；U1的HPI口与基带信号生成电路2中DSP芯片U5的HPI口直接相连接；而U2与基带信号生成电路2中FIFO芯片U6直接呈双向连接。

所述基带信号生成电路2为DSP+FPGA架构，设置有DSP芯片U5、FPGA芯片U7以及FIFO芯片U4和U6，且U5的第2脚与U7的第7脚直接相连接；U5与U4和U6呈双向连接；U4与U7呈双向连接；U7的第11和13脚分别与数模转换电路3的双通道DAC芯片U8的第2和4脚直接相连接。

所述数模转换电路3设置有双通道DAC芯片U8，其第15和17脚分别与IQ正交矢量调制电路5的IQ正交调制芯片U15的第5和7脚直接相连接。

所述频率合成电路4为DDS+PLL架构，设置有DDS芯片U9、PLL芯片U10、LPF芯片U11、PD芯片U12、VCO芯片U13和/N芯片U14，且U9的第9和5脚依次分别与U10的第3脚和U12的第7脚直接相连接；继而U12的第9和10脚依次分别与U14的第11脚和U11的第12脚直接相连接；而U11的第13脚与U13的第7脚直接相连接；U13的第9和11脚依次分别与U14的第10脚和IQ正交矢量调制电路5的IQ正交调制芯片U15的第21脚直接相连接。

所述IQ正交矢量调制电路5设置有IQ正交调制芯片U15，其第15脚与ALC控制与矢量信号源输出电路6中的ALC调制芯片U16的第1脚直接相连接。

所述ALC控制与矢量信号源输出电路6，依次设置有ALC调制芯片U16、Burst调制芯片U17、下变频芯片U18、检波器芯片U19和衰减器芯片U20，且下变频芯片U18的输出端直接分别与检波器芯片U19的第5脚和衰减器芯片U20的第1脚直接相连接；继而U19的第7脚和U16的第2脚直接相连接。

此处，所述插卡E为3U PXI 4槽位标准件，其中，3U尺寸为100mm×160mm，并设有两个连接器，一个用1槽位为数字部分，以提供32位PCI局部总线的业务；另一个用3槽位为模拟部分，以提供64位PCI传输和实现PXI电气特性的业务。

本发明具体实施例中其主要技术性能如下：

一、频率特性

频率范围 100KHZ～3GHZ

最大实时带宽 20MHZ

参数频率 10MHZ

温度稳定性 ±10^-6（可选）

老化率 ±5×10^-7/年

频率分辨率 1HZ

二、射频输出特性

输出功率范围 -130dBm～+10dBm

输出幅度准确度 ±2dB

幅度分辨率 0.1dB

三、调制特性

模拟调制 FM、AM

数字调制 FSK、ASK、BPSK、QPSK、8PSK、0QPSK、16QAM、32QAM、64QAM、256QAM及GMSK可选。

基于本发明内置微波电路芯片和高速数字处理芯片的集成度高，其电磁环境恶劣，考虑到严密的电磁兼容，利用了先进的CAD软件，如HP-ADS、HP-HFSS，建立干扰源数学模型、耦合模型和接收响应模型等进行仿真设计，并采用了最佳屏蔽、接地、去耦、滤波及防止信号泄漏等结构工艺优化设计。此外，成熟的表面贴装技术和多层板技术的应用，为整体小型化结构提供了基础的同时也有利于提高电路可靠性。还有各芯片全部选用工业级低功耗产品，有利于散热和减少体积。

以上实施例，均为说明本发明的较佳实施例，用以说明本发明的技术特征和可实施性，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专业人士应可明了并加以实施。因此，其他在未脱离本发明所揭示的前提下，完成的等效的改变或装饰，均包含在所述的申请专利范围之内。

本发明为一个不可多得的基于PXI总线的矢量信号源插卡式结构模块，具有创造性、新颖性、实用性和进步性，符合发明专利申请要件，故依专利法提出申请。

Claims

1.基于PXI总线的矢量信号源插卡式结构模块，包括有PXI接口电路⑴、基带信号生成电路⑵、数模转换电路⑶、频率合成电路⑷、IQ正交矢量调制电路⑸和ALC控制与矢量信号源输出电路⑹连同外设的插卡E，相结合构成一个模块化结构整体，其特征是：

所述PXI接口电路⑴为PCI+FPGA架构，设置有PCI接口芯片U1、FPGA芯片U2和本地时钟芯片U3，且U1的地址、数据和控制端口直接经插卡E与PXI总线相连接；U1的HPI口与基带信号生成电路⑵中DSP芯片U5的HPI口直接相连接；而U2与基带信号生成电路⑵中FIFO芯片U6直接呈双向连接；

所述基带信号生成电路⑵为DSP+FPGA架构，设置有DSP芯片U5、FPGA芯片U7以及FIFO芯片U4和U6，且U5的第2脚与U7的第7脚直接相连接；U5与U4和U6呈双向连接；U4与U7呈双向连接；U7的第11和13脚分别与数模转换电路⑶的双通道DAC芯片U8的第2和4脚直接相连接；

所述频率合成电路⑷为DDS+PLL架构，设置有DDS芯片U9、PLL芯片U10、LPF芯片U11、PD芯片U12、VCO芯片U13和/N芯片U14，且U9的第9和5脚依次分别与U10的第3脚和U12的第7脚直接相连接；继而U12的第9和10脚依次分别与U14的第11脚和U11的第12脚直接相连接；而U11的第13脚与U13的第7脚直接相连接；U13的第9和11脚依次分别与U14的第10脚和IQ正交矢量调制电路⑸的IQ正交调制芯片U15的第21脚直接相连接；

所述数模转换电路⑶设置有双通道DAC芯片U8，且U8的第15和17脚分别与IQ正交矢量调制电路⑸的IQ正交调制芯片U15的第5和7脚直接相连接；

所述IQ正交矢量调制电路⑸设置有IQ正交调制芯片U15，且U15的第15脚与ALC控制与矢量信号源输出电路⑹中的ALC调制芯片U16的第1脚直接相连接；

所述ALC控制与矢量信号源输出电路⑹，依次设置有ALC调制芯片U16、Burst调制芯片U17、下变频芯片U18、检波器芯片U19和衰减器芯片U20，且下变频芯片U18的输出端直接分别与检波器芯片U19的第5脚和衰减器芯片U20的第1脚直接相连接；继而U19的第7脚和U16的第2脚直接相连接；

其中，U1为PCI9030接口芯片，U2为FPGA XC3S400，U5为DSP TM320C6416T，U7为FPGA XC3S200，U4和U6为FIFO先进先出控制芯片，U8为AD9777芯片，U9为DDS AD9852/Analog Devices芯片。