CN104615042A - 一种基于PXIe总线的小型化多功能信号源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于PXIe接口的小型化多功能信号源装置，其特征在于，主要由FPGA数字处理单元、板载存储、DA转换单元、信号调理单元、时钟电路、路径矩阵开关及电源管理单元组成；其中，所述FPGA数字处理单元包括PXIe总线接口、波形引擎模块、存储管理模块、触发管理模块、板载信号处理模块、信号控制模块、时钟管理模块及DAC控制模块；本发明信号源装置的体积小，满足当前系统小型化的要求。
Description
技术领域
本发明属于信号源技术领域，特别涉及一种基于PXIe总线的小型化多功能信号源装置。
背景技术
随着技术的发展，军用测试装备正朝向小型化、智能化发展，要求测试的功能不断增多，体积尽可能小，同时，测试精度尽可能高。在测试装备中信号源占有非常重要的地位，为了解决复杂的系统测试，往往需要进行多域分析，矢量信号源为这种需求提供了技术保障。它是建立在信号数字化基础上的一项数字信号合成技术，为测试系统提供单音信号、基带信号、矢量调制信号，满足时域、调制域及频域的联合测试需求，从不同的角度对系统进行测试，为复杂测试系统的功能调试、故障诊断提供有效的支持。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于PXIe接口的小型化多功能信号源装置，该信号源装置的体积小，满足当前系统小型化的要求。
实现本发明的技术方案如下：
一种基于PXIe接口的小型化多功能信号源装置，主要由FPGA数字处理单元、板载存储、DA转换单元、信号调理单元、时钟电路、路径矩阵开关及电源管理单元组成；其中，所述FPGA数字处理单元包括PXIe总线接口、波形引擎模块、存储管理模块、触发管理模块、板载信号处理模块、信号控制模块、时钟管理模块及DAC控制模块；其中，
电源管理单元，用于为多功能信号源装置上的各部件供电；
时钟电路，用于生成时钟信号提供给DA转换单元，同时将生成的时钟信号传输给时钟管理模块；
时钟管理模块，用于接收时钟电路传输过来的、PXIe总线传输过来的及外部传输过来的时钟信号，根据应用需求选择相应的时钟信号作为参考时钟进行倍频分频处理后，为FPGA数字处理单元上的各模块提供时钟信号，同时将时钟信号通过路径矩阵开关传输出去；
存储管理模块，用于从PXIe总线接口接收来自上位机的、对应不同调制模式的波形数据，并将其存储到板载存储中；
信号控制模块，用于从PXIe总线接口接收来自上位机的命令，在接收到配置命令时，对板载信号处理模块进行配置，在接收到触发命令时，触发波形引擎模块；
触发管理模块，当接收到PXIe总线传输过来的触发信号，或接收到外部触发端口通过路径矩阵开关传输过来的触发信号时，触发波形引擎模块；
波形引擎模块，在被启动的情况下，从板载存储中读取相应调制模式的波形数据，并将所读取的波形数据传输给板载信号处理模块；
板载信号处理模块，用于对接收的波形数据进行处理，并将处理后的数据传输给DAC控制模块，其中所述处理包括预调理增益/偏移、滤波成型、内插抽取及正交上变频；
DAC控制模块，一方面根据上位机传输过来控制命令，配置DA转换单元，另一方面将接收的波形数据传输给DA转换单元；
DA转换单元，用于将接收的数字形式的波形数据进行数模转换，生成两路差分矢量信号后传输给信号调理单元；
信号调理单元，用于对接收的信号进行放大、滤波后输出。
有益效果
本发明通用数字信号处理的数字滤波取代了原有的模拟滤波方式，大大简化了多功能信号源的结构尺寸；同时，通过在存储管理模块存储不同调制模式的波形数据，并相应的对板载信号处理模块进行配置，从而能够实现PXIe紧凑体积下的基带信号发生和矢量调制信号发生，为测试装备的小型化提供技术支持，同时为军用测试系统未来发展时域、调制域的综合化的联合分析提供技术保障。
附图说明
图1为本装置总体功能结构示意图；
图2为本发明板载信号处理OSP结构示意图；
图3为本发明模拟调理电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种基于PXIe接口的小型化多功能信号源装置，主要由FPGA数字处理单元、板载存储、DA转换单元、信号调理单元、时钟电路、路径矩阵开关及电源管理单元组成；其中，所述FPGA数字处理单元包括PXIe总线接口、波形引擎模块、存储管理模块、触发管理模块、板载信号处理模块、信号控制模块、时钟管理模块及DAC控制模块；其中，
电源管理单元，用于为多功能信号源装置上的各部件供电；时钟电路，用于生成时钟信号提供给DA转换单元，同时将生成的时钟信号传输给时钟管理模块；时钟管理模块，用于接收时钟电路传输过来的、PXIe总线传输过来的及外部传输过来的时钟信号，根据应用需求选择相应的时钟信号作为参考时钟进行倍频分频处理后，为FPGA数字处理单元上的各模块提供时钟信号，同时将时钟信号通过路径矩阵开关传输出去；存储管理模块，用于从PXIe总线接口接收来自上位机的、对应不同调制模式的波形数据，并将其存储到板载存储中；信号控制模块，用于从PXIe总线接口接收来自上位机的命令，在接收到配置命令时，对板载信号处理模块进行配置，在接收到触发命令时，触发波形引擎模块；触发管理模块，当接收到PXIe总线传输过来的触发信号，或接收到外部触发端口通过路径矩阵开关传输过来的触发信号时，触发波形引擎模块；波形引擎模块，在被启动的情况下，从板载存储中读取相应调制模式的波形数据，并将所读取的波形数据传输给板载信号处理模块；板载信号处理模块，用于对接收的波形数据进行处理，并将处理后的数据传输给DAC控制模块，其中所述处理包括预调理增益/偏移、滤波成型、内插抽取及正交上变频；DAC控制模块，一方面根据上位机传输过来控制命令，配置DA转换单元，另一方面将接收的波形数据传输给DA转换单元；DA转换单元，用于将接收的数字形式的数据进行数模转换，生成两路差分矢量信号后传输给信号调理单元；信号调理单元，用于对接收的信号进行放大、滤波后输出。
本发明小型化多功能信号源装置的主要工作过程：用户通过上位机软件控制模块，经由FPGA芯片实现的PXIe接口和存储管理模块将波形数据等写到板载大容量数据存储器；即先将数据下载到板卡，上位机通过PXI总线到FPGA内部总线单元，通过存储管理单元将数据存储到板上存储器。软件设置启动后，波形引擎在相应的触发模式下以各种调制方式和播放指令访问相应的存储器，读取到的存储区上存储的波形数据，该波形数据经由板载信号处理单元进行相应内插、滤波等信号处理后送到高速DAC，实现数模拟量的转换，最后通过信号调理单元的调理达到输出端，实现波形输出；即数据流方向是板载存储到波形引擎到信号处理通过DAC控制单元到DAC芯片最后到调理电路.其中，波形引擎从板载存储读取数据，信号处理单元根据需要作相应处理－内插\滤波等，DAC控制单元控制板载DAC芯片，将信号处理单元处理好的数据送到DAC芯片中。
本发明基于PXIe接口的小型化多功能信号源装置，该装置以软件无线电思想为基础，采用数字信号处理方式，可提供1000MS/S高采样率、16bit高分辨率的高质量信号，硬件主要由模拟调理电路与D/A转换电路和FPGA信号处理IP组成，软件采用IVI标准接口实现仪器互联。
下面对组成该信号源装置的的每一部分进行详细说明：
1)PXIe总线接口和信号控制模块
PXIe总线接口负责与外部PXIe零槽控制器进行通信，对内部各个寄存器进行读写，并通过信号控制模块最终实现对DA等硬件的控制，通常可以采用专用接口芯片完成，它的优点是使用简单，协议比较完善，缺点是成本较高、体积大。考虑本装置通信方式比较简单，为节约成本，减少体积，本装置采用FPGA完成接口协议转换，接口程序主要采用ALTERA自带PCIe的IP核，再此基础上配合Ext_Access等封装成普通CPU读写方式的IP核。
2)板载信号处理OSP模块
板载信号处理OSP模块负责D/A输出前的数字信号处理，如附图2所示，包括预调理增益/偏移、滤波成型、内插抽取、正交上变频等几个方面。它能够改善调制信号的频谱特征，实现较大范围内任意速率变化的用户可配置符号速率(I/Q rate)与数模转换器(D/A)采样速率的适配，输出信号速率可调的IQ信号，尤其是配合上变频装置组合的合成仪器，可满足用户多种需求。
3)板载存储单元和波形引擎模块
板载存储单元配合波形引擎模块，在用户设定的各种触发存储模式下，把OSP输出IQ数据流信号进行播放，同时本装置提供2Gb大容量DDR2存储功能，使用户对信号可进行更细腻的分析。
4)触发管理模块
触发管理是装置中非常重要的功能，主要包括触发源分配、触发类型管理。触发源由外部PFI0、PFI1和背板总线触发；触发类型包括外部触发和总线触发。
5)时钟管理模块
时钟管理模块负责FPGA数字处理单元上各部分时钟的产生和分配，时钟的产生主要是由AD9511芯片把100MHz参考时钟经过PLL倍频至1GHz，然后经过预设的分频器分频至所需要的频率；时钟的分配主要是把AD9511产生的时钟信号分配给各单元电路，如触发单元等。例如，本发明时钟管理模块分别接收时钟电路传输过来的、PXIe总线传输过来的及外部传输过来的时钟信号，根据应用需求选择相应的时钟信号作为参考时钟进行倍频分频处理后；例如，在系统中需要通过总线将各个模块进行同步，就会选择总线时钟，当有外部其他特殊需求时，选择外部时钟，默认状态下为板载时钟。
6)信号调理单元与D/A转换单元
信号调理单元与D/A转换电路单元完成输出信号的D/A转换和模拟信号调理功能，如附图3所示，包括D/A转化单元、滤波、放大及输出保护电路等三部分组成。
a.D/A转化是装置中非常重要的环节，D/A转化的效果直接影响后续信号的质量，为此装置中D/A芯片选择高SFDR的DA芯片，采样率高达1GSPS，16bit分辨率，接口为差分的LVDS。D/A转化的频谱纯度与电源关系密切，尤其是载波近端的杂散干扰，因此本装置对D/A供电既要满足电流要求，同时又要尽可能地减少纹波，装置采用两片LM1764系列稳压片分别提供+1.2V和+1.8V电压。
b.滤波放大电路由滤波器、放大器等组成。DAC转换后的波形信号输入至差分运放电路，将数字量输入转换为差分双路输出。运放输出信号输入至差分低通滤波电路，滤除低频带噪声信号并配合后级运放将初级输入信号放大，使主信号幅度放大至1Vpp，然后进行后级低通滤波器进行带外抑制。
c.输出保护电路。最后的信号通过控制输出使能继电器控制信号输出，同时附带过载保护电路功能。
本信号源装置可为上述要求提供有力技术支撑，它可提供1HZ到200M频率内相位噪声小于120dB、杂散低于60dB的载波以及30M符号速率基带信号，具有板载信号处理器功能，可实现数字内插、符号速率配置、数字滤波等功能，同时支持时钟同步、触发功能，提供BPSK、QAM、MSK、AM、FM等多种调制方式，可广泛应用于射频通信、射频广播、卫星通信等各种通信系统及军事领域中的电子战、电子侦察等领域。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于PXIe接口的小型化多功能信号源装置，其特征在于，主要由FPGA数字处理单元、板载存储、DA转换单元、信号调理单元、时钟电路、路径矩阵开关及电源管理单元组成；其中，所述FPGA数字处理单元包括PXIe总线接口、波形引擎模块、存储管理模块、触发管理模块、板载信号处理模块、信号控制模块、时钟管理模块及DAC控制模块；其中，
电源管理单元，用于为多功能信号源装置上的各部件供电；
时钟电路，用于生成时钟信号提供给DA转换单元，同时将生成的时钟信号传输给时钟管理模块；
时钟管理模块，用于接收时钟电路传输过来的、PXIe总线传输过来的及外部传输过来的时钟信号，根据应用需求选择相应的时钟信号作为参考时钟进行倍频分频处理后，为FPGA数字处理单元上的各模块提供时钟信号，同时将时钟信号通过路径矩阵开关传输出去；
存储管理模块，用于从PXIe总线接口接收来自上位机的、对应不同调制模式的波形数据，并将其存储到板载存储中；
信号控制模块，用于从PXIe总线接口接收来自上位机的命令，在接收到配置命令时，对板载信号处理模块进行配置，在接收到触发命令时，触发波形引擎模块；
触发管理模块，当接收到PXIe总线传输过来的触发信号，或接收到外部触发端口通过路径矩阵开关传输过来的触发信号时，触发波形引擎模块；
波形引擎模块，在被启动的情况下，从板载存储中读取相应调制模式的波形数据，并将所读取的波形数据传输给板载信号处理模块；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150513 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |