CN105425028A - 一种基于fpga的微波功率测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于FPGA的微波功率测量装置，包括：FPGA、信号调理电路、ADC、串行配置芯片、LCD、按键、FLASH和SDRAM；其中，FPGA内部包括数据处理单元和SOPC系统单元，FPGA片内数据处理单元包括串并转换单元、去斩波单元和累加平均单元，对数据进行串并转换、去斩波、累加平均处理后，存储到SDRAM中；SOPC系统单元的处理器从SDRAM中读取ADC数据进行补偿后送至LCD进行显示，同时实现按键响应。本发明采用单片FPGA完成微波功率信号从采集到显示的全部控制和数字信号处理，满足目前仪器小型化、低功耗、低成本和稳定性的要求。

Description

一种基于FPGA的微波功率测量装置
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种微波功率测量装置。
背景技术
微波功率计广泛应用于仪器的日常巡检、维修、现场调试和测试。随着仪器的自动化测试进程的发展，电池供电的手持式微波功率计需求日益增加。目前手持式功率计中数字处理部分在整机体积和功耗上占比最高。
现有的手持式功率计中数字处理部分的技术方案为ARM+DSP方案。DSP芯片负责专门的数字信号处理，ARM处理器负责读取处理结果并存储或显示。由于DSP芯片的协同处理，ARM处理器可以实现系统多功能设计，增加仪器通用性。
现有方案中，DSP由于其顺序的工作方式，使得数据处理速度较低，很难满足实时处理的要求，ARM处理器的增加使得电路设计变得复杂，特别是数据线需要在ARM、DSP、SDRAM多个芯片间传输，容易造成数据线的干扰，使系统不够稳定，同时也增加了仪器的成本、功耗和体积。
发明内容
本发明提出了一种基于FPGA的微波功率测量装置，解决现有的ARM+DSP方案数据线易被干扰、系统不够稳定、仪器成本高、功耗大和体积大的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于FPGA的微波功率测量装置，包括：FPGA、信号调理电路、ADC、串行配置芯片、LCD、按键、FLASH和SDRAM；
其中，FPGA内部包括数据处理单元和SOPC系统单元，FPGA片内数据处理单元包括串并转换单元、去斩波单元和累加平均单元，对数据进行串并转换、去斩波、累加平均处理后，存储到SDRAM中；SOPC系统单元的处理器从SDRAM中读取ADC数据进行补偿后送至LCD进行显示，同时实现按键响应。
可选地，所述SOPC系统单元包括：ADC控制器、处理器、EPCS控制器、LCD控制器、输入输出控制器、FLASH控制器和SDRAM控制器。
可选地，所述处理器通过AVALON总线与ADC控制器、EPCS控制器、LCD控制器、输入输出控制器、FLASH控制器和SDRAM控制器连接。
可选地，所述ADC控制器负责与ADC的控制和采样数据的读取。
可选地，所述EPCS控制器负责将配置数据写入串行配置芯片或从串行配置芯片中读取配置数据。
可选地，所述LCD控制器负责测量数据结果在LCD的显示。
可选地，所述输入输出控制器负责按键响应。
可选地，所述FLASH控制器和SDRAM控制器负责FLASH和SDRAM的读写控制。
可选地，采用Altera公司的CycloneIII系列FPGA芯片，还包括：信号调理电路、14-bitADC、串行配置芯片、LCD、按键、FLASH和SDRAM；其中，FPGA芯片内部包括数据处理单元和SOPC系统单元；
微波输入信号经信号调理后，采用14位ADC进行模数转换，转换后的串行数据进入FPGA芯片；
FPGA片内数据处理单元包括串并转换单元、去斩波单元和累加平均单元，对数据进行串并转换、去斩波、累加平均处理后，存储到SDRAM中；
NiosII处理器从SDRAM中读取ADC数据进行各种补偿后送至LCD进行显示，同时实现按键响应；
NiosII处理器通过AVALON总线与ADC控制器、EPCS控制器、LCD控制器、输入输出控制器、FLASH控制器和SDRAM控制器连接。
可选地，所述ADC控制器负责与14位ADC的控制和采样数据的读取；
所述EPCS控制器负责将配置数据写入串行配置芯片或从串行配置芯片中读取配置数据；
所述LCD控制器负责测量数据结果在LCD的显示；
所述输入输出控制器负责按键响应；
所述FLASH控制器和SDRAM控制器负责FLASH和SDRAM的读写控制。
本发明的有益效果是：
(1)采用单片FPGA完成微波功率信号从采集到显示的全部控制和数字信号处理，满足目前仪器小型化、低功耗、低成本和稳定性的要求；
(2)FPGA数据并行处理特点可加快处理速度，提高系统性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于FPGA的微波功率测量装置的控制框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前电池供电的手持式微波功率计的发展主要受到体积和功耗的限制，本发明采用单片FPGA完成微波功率信号从采集到显示的全部控制和数字信号处理，满足目前仪器小型化、低功耗、低成本和稳定性的要求。
本发明提出了一种基于FPGA的微波功率测量装置，微波输入信号经信号调理(信号调理过程包括信号检波、斩波、高增益运算放大等)后，采用ADC进行模数转换，转换后的串行数据进入FPGA。
FPGA内部包括数据处理单元和SOPC系统单元，FPGA片内数据处理单元包括串并转换单元、去斩波单元和累加平均单元，对数据进行串并转换、去斩波、累加平均处理后，存储到SDRAM中；SOPC系统单元的处理器从SDRAM中读取ADC数据进行补偿后送至LCD进行显示，同时实现按键响应。
SOPC系统单元包括：ADC控制器、处理器、EPCS控制器、LCD控制器、输入输出控制器、FLASH控制器和SDRAM控制器。处理器通过AVALON总线与ADC控制器、EPCS控制器、LCD控制器、输入输出控制器、FLASH控制器和SDRAM控制器连接。
ADC控制器负责与ADC的控制和采样数据的读取；EPCS控制器负责将配置数据写入串行配置芯片或从串行配置芯片中读取配置数据；LCD控制器负责测量数据结果在LCD的显示；输入输出控制器负责按键响应；FLASH控制器和SDRAM控制器负责FLASH和SDRAM的读写控制。
本发明采用单片FPGA完成微波功率信号从采集到显示的全部控制和数字信号处理，满足目前仪器小型化、低功耗、低成本和稳定性的要求；同时FPGA数据并行处理特点可加快处理速度，提高系统性能。
图1示出了本发明的基于FPGA的微波功率测量装置的一个具体实施例，本实施例采用Altera公司的CycloneIII系列FPGA，充分利用其内部NiosII处理器，在单个芯片内部实现前述方案的各项功能。
如图1所示，基于FPGANiosII的微波功率测量装置包括FPGA芯片1、信号调理电路4、14-bitADC5、串行配置芯片13、LCD15、按键17、FLASH19和SDRAM21。其中，FPGA芯片1内部包括数据处理单元2和SOPC系统单元3。
微波输入信号经信号调理(信号调理过程包括信号检波、斩波、高增益运算放大等)后，采用14位ADC进行模数转换，转换后的串行数据进入FPGA。FPGA片内数据处理单元2包括串并转换单元6、去斩波单元7和累加平均单元8，对数据进行串并转换、去斩波、累加平均处理后，存储到SDRAM21中。NiosII处理器11从SDRAM中读取ADC数据进行各种补偿后送至液晶LCD15进行显示，同时实现按键响应。
NiosII处理器11通过AVALON总线10与ADC控制器9、EPCS控制器12、LCD控制器14、输入输出控制器16、FLASH控制器18和SDRAM控制器20连接。
ADC控制器9负责与14-bitADC5的控制和采样数据的读取。
EPCS控制器12负责将配置数据写入串行配置芯片13或从串行配置芯片13中读取配置数据。
LCD控制器14负责测量数据结果在LCD15的显示。
输入输出控制器16负责按键响应。
FLASH控制器18和SDRAM控制器20负责FLASH19和SDRAM21的读写控制。
本发明的上述实施例，采用Altera公司的CycloneIII系列FPGA，充分利用其内部NiosII处理器，在单个芯片内部实现前述方案的各项功能。本领域技术人员可以在本发明的教导下，选用其他型号的FPGA以实现本发明的各项功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种基于FPGA的微波功率测量装置，其特征在于，包括：FPGA、信号调理电路、ADC、串行配置芯片、LCD、按键、FLASH和SDRAM；
其中，FPGA内部包括数据处理单元和SOPC系统单元，FPGA片内数据处理单元包括串并转换单元、去斩波单元和累加平均单元，对数据进行串并转换、去斩波、累加平均处理后，存储到SDRAM中；SOPC系统单元的处理器从SDRAM中读取ADC数据进行补偿后送至LCD进行显示，同时实现按键响应。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的微波功率测量装置，其特征在于，所述SOPC系统单元包括：ADC控制器、处理器、EPCS控制器、LCD控制器、输入输出控制器、FLASH控制器和SDRAM控制器。
3.如权利要求2所述的基于FPGA的微波功率测量装置，其特征在于，所述处理器通过AVALON总线与ADC控制器、EPCS控制器、LCD控制器、输入输出控制器、FLASH控制器和SDRAM控制器连接。
4.如权利要求2所述的基于FPGA的微波功率测量装置，其特征在于，所述ADC控制器负责ADC的控制和采样数据的读取。
5.如权利要求2所述的基于FPGA的微波功率测量装置，其特征在于，所述EPCS控制器负责将配置数据写入串行配置芯片或从串行配置芯片中读取配置数据。
6.如权利要求2所述的基于FPGA的微波功率测量装置，其特征在于，所述LCD控制器负责测量数据结果在LCD的显示。
7.如权利要求2所述的基于FPGA的微波功率测量装置，其特征在于，所述输入输出控制器负责按键响应。
8.如权利要求2所述的基于FPGA的微波功率测量装置，其特征在于，所述FLASH控制器和SDRAM控制器负责FLASH和SDRAM的读写控制。
9.如权利要求1所述的基于FPGA的微波功率测量装置，其特征在于，采用Altera公司的CycloneIII系列FPGA芯片，还包括：信号调理电路、14-bitADC、串行配置芯片、LCD、按键、FLASH和SDRAM；其中，FPGA芯片内部包括数据处理单元和SOPC系统单元；
微波输入信号经信号调理后，采用14位ADC进行模数转换，转换后的串行数据进入FPGA芯片；
FPGA片内数据处理单元包括串并转换单元、去斩波单元和累加平均单元，对数据进行串并转换、去斩波、累加平均处理后，存储到SDRAM中；
NiosII处理器从SDRAM中读取ADC数据进行各种补偿后送至LCD进行显示，同时实现按键响应；
NiosII处理器通过AVALON总线与ADC控制器、EPCS控制器、LCD控制器、输入输出控制器、FLASH控制器和SDRAM控制器连接。
10.如权利要求9所述的基于FPGA的微波功率测量装置，其特征在于，
所述ADC控制器负责与14位ADC的控制和采样数据的读取；
所述EPCS控制器负责将配置数据写入串行配置芯片或从串行配置芯片中读取配置数据；
所述LCD控制器负责测量数据结果在LCD的显示；
所述输入输出控制器负责按键响应；
所述FLASH控制器和SDRAM控制器负责FLASH和SDRAM的读写控制。
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