CN107015212B - 基于vpx总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板 - Google Patents

基于vpx总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板 Download PDF

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CN107015212B CN201710442272.0A CN201710442272A CN107015212B CN 107015212 B CN107015212 B CN 107015212B CN 201710442272 A CN201710442272 A CN 201710442272A CN 107015212 B CN107015212 B CN 107015212B
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Abstract

本发明公开了基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板。接口板设置6U结构VPX高速总线接口：VPX连接器P1～P6。VPX连接器P1～P6提供192对差分对信号：12路RS422/485发送差分对信号、172路RS422/485接收差分对信号、预留的1路4X SRIO高速差分对信号；还提供48个单端信号：8路TTL长线驱动输出信号、8路LVTTL驱动输入信号、8路LVTTL驱动输出信号、8路CMOS驱动输出信号、16路模拟检测输入信号。本发明实现不同规模相控阵雷达波控与监控自测平台接口板的通用化设计，满足波控与监控自测平台多样化需求，一次设计，重复利用，缩短开发周期且降低了研制费用。

Description

基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板
技术领域
本发明涉及属于相控阵雷达波控与监控测试技术领域中的一种接口板，尤其涉及一种基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，其中，VPX是基于高速串行总线的新一代总线标准，采用支持高速差分信号的Multi-Gig RT2连接器，可获得更高的传输速度和更多的I/O管脚。
背景技术
波控单元与监控单元均是相控阵雷达的重要组成部分。波控单元一方面接收并向下一级微波射频组件转发波控码和控制时序，另一方面接收并向上一级控制单元上报状态信息；监控单元一方面解析、转发、执行来自终端人机界面的控制查询命令，另一方面采集、分析、上报整部雷达的状态给终端分系统，二者在不同的位置均充当了协议转换器的角色，具有接口电平多、通信线路多、任务性质多的特点。
在不同规模的相控阵雷达中，由于波控单元与监控单元的对外接口电平、通信线路、任务性质各异，所以波控单元与监控单元自测平台及其接口板大都是专门定制的。因为接口板所选用的控制器、连接器、供电方式、通信方式各不相同，所以接口板的设计、调试存在重复性。重复设计不但会造成大量元器件的浪费和研发成本的增加，还会导致既有的成功设计得不得继承应用，设计可靠性也难以保证。
发明内容
为了解决目前自测平台接口板因通用性差而重复设计的技术问题，本发明提供一种基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板。
本发明的解决方案是：一种基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，所述接口板集成的电路包括FPGA控制器以及均和所述FPGA控制器电性连接的通信接口电路、驱动接口电路、模拟检测电路；所述通信接口电路包括RS422/485发送接口电路和RS422/485接收接口电路；所述驱动接口电路包括TTL长线驱动输出电路、LVTTL驱动输出电路和LVTTL驱动输入电路、CMOS驱动输出电路；
其中，所述接口板设置6U结构VPX高速总线接口：VPX连接器P1～P6；
(1)VPX连接器P1支持所述RS422/485发送接口电路的12路RS422/485发送差分对信号、所述RS422/485接收接口电路的12路RS422/485接收差分对信号、所述LVTTL驱动输入电路的8路LVTTL驱动输入信号、一路预留的1路4X SRIO高速差分对信号；
(2)VPX连接器P2支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述LVTTL驱动输出电路的8路LVTTL驱动输出信号；
(3)VPX连接器P3支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述TTL长线驱动输出电路的8路TTL长线驱动输出信号；
(4)VPX连接器P4支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述CMOS驱动输出电路的8路CMOS驱动输出信号；
(5)VPX连接器P5支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述模拟检测电路的8路模拟检测输入信号；
(6)VPX连接器P6支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述模拟检测电路的8路模拟检测输入信号。
作为上述方案的进一步改进，12路RS422/485发送差分对信号、172路RS422/485接收差分对信号、8路TTL长线驱动输出信号、8路LVTTL驱动输入信号、8路LVTTL驱动输出信号、8路CMOS驱动输出信号、16路模拟检测输入信号均通过相应VPX连接器的后出板引出，预留的1路4X SRIO高速差分对信号通过所述接口板的背板与VPX总线上的计算机板或数据交换板进行通信互连。
作为上述方案的进一步改进，所述接口板集成的电路还包括和所述FPGA控制器电性连接的RS232串口电路，所述接口板还设置支持所述RS232串口电路的DB9连接器。
作为上述方案的进一步改进，所述接口板集成的电路还包括和所述FPGA控制器电性连接的FLASH存储器。
作为上述方案的进一步改进，所述接口板集成的电路还包括和所述FPGA控制器电性连接的温度传感器，所述温度传感器检测板级周围环境温度。
作为上述方案的进一步改进，所述接口板集成的电路还包括和所述FPGA控制器电性连接的LED指示电路。
作为上述方案的进一步改进，所述接口板集成的电路还包括对所述接口板上各电路供电的电源模块。
作为上述方案的进一步改进，所述FPGA控制器为1片XC7K325T芯片，所述RS422/485发送接口电路采用3片SN65LBC174A16芯片实现，所述RS422/485接收接口电路采用43片SN65LBC175D芯片实现。
作为上述方案的进一步改进，所述TTL长线驱动输出电路采用2片SNJ54128W芯片实现，所述LVTTL驱动输出电路和所述LVTTL驱动输入电路共用1片IDT74FCT163244芯片实现。
作为上述方案的进一步改进，所述CMOS驱动输出电路采用1片ADG3123芯片实现，模拟检测电路采用1片16通道AD7490芯片实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)接口丰富全面，通信接口涵盖了波控和监控测试常用的RS422/485、RS232等形式，驱动接口涵盖了常用的TTL长线驱动输出电路、LVTTL驱动输入/输出电路、CMOS驱动输出电路以及模拟检测电路等；
(2)扩展性好，本发明可根据测试需要按照合适的VPX总线拓扑结构进行扩展，如常用的“14个接口板+1个交换板”单星拓扑结构、“18个接口板+2个交换板”双星拓扑结构，这种可扩展性使得对外驱动的单端接口和差分接口的数量可实现成倍增加，提高了通用性；
(3)数据通信速率高，VPX总线单个差分对理论传输带宽为10Gbps，比CPCI总线高一个数量级，是目前满足测试技术领域数据大带宽需求的最佳选择。
附图说明
图1是本发明的电路组成框图。
图2是图1中芯片N25Q256A13ESF的电路原理图。
图3是图1中芯片MAX3232的电路原理图。
图4是图1中芯片SN65LBC174A16的电路原理图。
图5是图1中芯片SN65LBC175D的电路原理图。
图6是图1中芯片SNJ54128W的电路原理图。
图7是图1中芯片IDT74FCT163244的电路原理图。
图8是图1中芯片ADG3123B的电路原理图。
图9是图1中芯片MAX6673的电路原理图。
图10是图1中芯片AD7490的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明主要针对基于VPX总线的雷达波控和监控自测平台接口板的实现，接口板是自测平台与待测的波控分机或监控分机信号连接交互的通道，自测平台通过接口板向待测的波控分机或监控分机发送特定功能的测试指令，波控分机或监控分机通过接口板返回执行该指令的回馈信息，从而完成特定功能的测试。
VPX是基于高速串行总线的新一代总线标准，采用支持高速差分信号的Multi-GigRT2连接器，可获得更高的传输速度和更多的I/O管脚。其中在6U模块中，连接器P1、P2、P3、P4、P5、P6共可提供192对差分对信号、48个单端信号，是目前单个插件提供I/O管脚数量最多的总线。VPX中使用的这种高速差分连接器使每对差分信号能够有超过6.25Gbps的数据率，并形成以SRIO协议交换为主的背板结构，良好的可扩充性和高数据带宽使得设计一种用于雷达波控与监控自测平台的通用接口板成为可能。
请参阅图1，本发明的接口板集成的电路包括FPGA控制器以及均和所述FPGA控制器电性连接的通信接口电路、驱动接口电路、模拟检测电路、RS232串口电路、FLASH存储器、温度传感器、电源模块、LED指示电路。
所述通信接口电路包括RS422/485发送接口电路和RS422/485接收接口电路。所述驱动接口电路包括TTL长线驱动输出电路、LVTTL驱动输出电路和LVTTL驱动输入电路、CMOS驱动输出电路。
在本实施方式中，基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板采用6U结构VPX高速总线接口：VPX连接器P1～P6。VPX连接器P1～P6的分配具体如下：
(1)VPX连接器P1支持所述RS422/485发送接口电路的12路RS422/485发送差分对信号、所述RS422/485接收接口电路的12路RS422/485接收差分对信号、所述LVTTL驱动输入电路的8路LVTTL驱动输入信号、一路预留的1路4X SRIO高速差分对信号；
(2)VPX连接器P2支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述LVTTL驱动输出电路的8路LVTTL驱动输出信号；
(3)VPX连接器P3支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述TTL长线驱动输出电路的8路TTL长线驱动输出信号；
(4)VPX连接器P4支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述CMOS驱动输出电路的8路CMOS驱动输出信号；
(5)VPX连接器P5支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述模拟检测电路的8路模拟检测输入信号；
(6)VPX连接器P6支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述模拟检测电路的8路模拟检测输入信号。
FPGA控制器是接口板的核心器件，主要完成各接口数据的收发、逻辑判断、输出控制、运算和存储。本发明选用的是Xilinx公司新推出的一款Kintex-7系列FPGA—XC7K325T，内部包含326080个逻辑单元、16Mb随机存储单元、500个单端I/O口、16个GTX高速收发器，I/O口电压支持1.2V～3.3V，由于资源丰富、性价比高，XC7K325T广泛应用于工业测控领域。
FLASH存储器用于测试过程中数据的保存，本发明选用1片串口FLASH芯片N25Q256A13ESF用于实现256Mb存储空间的扩展。电路原理图如图2所示，N25Q256A13ESF工作电压为3.3V，FPGA通过FLASH_Din、FPGA_CCLK、FLASH_Dout、FLASH_D2、FLASH_D3、FCS_B_FPGA六根信号对该FLASH进行配置和数据读写。
RS232串口电路用于上位机调试或数据下传，本发明选用1片MAX3232芯片用于实现RS232串口通信。电路原理图如图3所示，MAX3232工作电压为3.3V，TX232_1是RS232电平发送，RX232_1是RS232电平接收，TXTTL1是LVTTL电平发送，RXTTL1是LVTTL电平接收，V69、V71是瞬态电压保护二极管，用于保护MAX3232芯片不被高压静电击穿，连接RS232串口电路的DB9连接器位于接口板前面上。
RS422/485发送接口电路用于测控数据的远距离发送，本发明选用3片SN65LBC174A16芯片用于实现12路RS422/485的远距离发送，最远传输距离为1千米，最高通信速率为10Mbps。电路原理图如图4所示，SN65LBC174A16工作电压为5V，同时兼容RS422、RS485标准，每片支持4路RS422/485同时发送，单端信号Tx422_1、Tx422_2、Tx422_3、Tx422_4来自FPGA，属于3.3V低电压电平信号，转换后的差分对信号RS422_O1P/RS422_O1N、RS422_O2P/RS422_O2N、RS422_O3P/RS422_O3N、RS422_O4P/RS422_O4N属于5V电平信号，RS422En1、RS422En2是来自FPGA的发送控制信号，高电平有效。
RS422/485接收接口电路用于测控数据的远距离接收，本发明选用43片SN65LBC175D芯片用于实现172路RS422/485的远距离接收，最远传输距离为1千米，最高通信速率为10Mbps。电路原理图如图5所示，SN65LBC175D工作电压为3.3V，同时兼容RS422、RS485标准，每片支持4路RS422/485同时接收，4路差分对信号RS422_IO1P/RS422_IO1N、RS422_IO2P/RS422_IO2N、RS422_IO3P/RS422_IO3N、RS422_IO4P/RS422_IO4N经信号转换后变成对应的4个单端信号Rx422_1、Rx422_2、Rx422_3、Rx422_4送给FPGA，RS422En3、RS422En4是来自FPGA的接收控制信号，高电平有效。
TTL长线驱动输出电路用于TTL电平控制输出，本发明选用2片SNJ54128W芯片用于实现8路TTL长线驱动输出。电路原理图如图6所示，SNJ54128W工作电压为5V，内部集成4个二输入或非门。Drive1、Drive2、Drive3、Drive4来自FPGA，当Drive1、Drive2、Drive3、Drive4为逻辑“1”时，对应的驱动输出DRV_1、DRV_2、DRV_3、DRV_4为逻辑“0”。
LVTTL驱动输出电路和LVTTL驱动输入电路用于LVTTL电平控制输入和输出，本发明选用1片IDT74FCT163244芯片用于实现8路LVTTL驱动输出和8路LVTTL驱动输入。电路原理图如图7所示，IDT74FCT163244工作电压为3.3V，来自板外的8路LVTTL驱动输入信号为LVTTL_I1、LVTTL_I2、LVTTL_I3、LVTTL_I4、LVTTL_I5、LVTTL_I6、LVTTL_I7、LVTTL_I8，对应转换输出LV_IN1、LV_IN2、LV_IN3、LV_IN4、LV_IN5、LV_IN6、LV_IN7、LV_IN8送入FPGA；来自FPGA的8路LVTTL驱动输出信号LV_OUT1、LV_OUT2、LV_OUT3、LV_OUT4、LV_OUT5、LV_OUT6、LV_OUT7、LV_OUT8，对应转换输出LVTTL_O1、LVTTL_O2、LVTTL_O3、LVTTL_O4、LVTTL_O5、LVTTL_O6、LVTTL_O7、LVTTL_O8送出板外。
CMOS驱动输出电路用于CMOS电平控制输出，本发明选用1片ADG3123芯片用于实现8路CMOS驱动输出。电路原理图如图8所示，CMOS1、CMOS2、CMOS3、CMOS4、CMOS5、CMOS6、CMOS7、CMOS8是来自FPGA的输出信号，经ADG3123芯片对应转换成相同逻辑的高电压电平信号CMOS_O1、CMOS_O2、CMOS_O3、CMOS_O4、CMOS_O5、CMOS_O6、CMOS_O7、CMOS_O8。
温度传感器用于检测板级周围环境温度，本发明选用1片MAX6673芯片用于实现-40℃～125℃温度范围的检测。电路原理图如图9所示，MAX6673工作电压为3.3V，Temp引脚输出包含温度信息的1.4kHz PWM方波给FPGA，FPGA计算占空比并换算成对应温度值。
模拟检测电路用于特定模拟信息的检测，本发明选用1片AD7490用于实现16个通道模拟量的检测。电路原理图如图9所示，AD7490工作电压为5V，接口驱动电压为3.3V，FPGA通过SPI串口AD_SCLK、AD_DOUT、AD_/CS、AD_DIN对AD7490进行配置和读写。
电源模块将从连接器P0输入的+12V直流电压通过各种DC-DC、LDO等电源模块转换成各功能模块电路所需要的电压值(包括+5V、+3.3V、+2.5V、+1.8V等)。
LED指示电路提供红、绿两色状态指示，LED指示灯位于接口板的前面板上。
VPX连接器P1～P6，解决目前自测平台接口板因通用性差而重复设计的技术问题。VPX连接器P1支持12路RS422/485发送差分对信号、12路RS422/485接收差分对信号、一路预留的1路4X SRIO高速差分对信号、8路LVTTL驱动输入信号；VPX连接器P2支持32路RS422/485接收差分对信号、8路LVTTL驱动输出信号；VPX连接器P3支持32路RS422/485接收差分对信号、8路TTL长线驱动输出信号；VPX连接器P4支持32路RS422/485接收差分对信号、8路CMOS驱动输出信号；VPX连接器P5支持32路RS422/485接收差分对信号、8路模拟检测输入信号；VPX连接器P6支持32路RS422/485接收差分对信号、8路模拟检测输入信号。
因此，接口板的VPX连接器P1、P2、P3、P4、P5、P6可提供的192对差分对信号分配如下：12路RS422/485发送差分对信号、172路RS422/485接收差分对信号、预留的1路4X SRIO高速差分对信号；48个单端信号分配如下：8路TTL长线驱动输出信号、8路LVTTL驱动输入信号、8路LVTTL驱动输出信号、8路CMOS驱动输出信号、16路模拟检测输入信号。12路RS422/485发送差分对信号、172路RS422/485接收差分对信号、8路TTL长线驱动输出信号、8路LVTTL驱动输入信号、8路LVTTL驱动输出信号、8路CMOS驱动输出信号、16路模拟检测输入信号均通过VPX连接器P1、P2、P3、P4、P5、P6的后出板引出，预留的1路4X SRIO高速差分对信号通过接口板的背板与VPX总线上的计算机板或数据交换板进行通信互连。
本发明的基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，解决了目前自测平台的接口板因通用性差而重复设计的问题，采用FPGA控制芯片，通信接口支持12路RS422/485发送接口电路、172路RS422/485接收接口电路和1路RS232串口电路，驱动接口支持8路TTL长线驱动输出电路、8路LVTTL驱动输入电路、8路LVTTL驱动输出电路和8路CMOS驱动输出电路，可自动检测板级周围环境温度，模拟检测电路支持16路模拟量同时检测，基于VPX总线的扩展性和SRIO协议交换的高数据带宽，模块化设计，通用性强，可以满足各种不同的应用需求。
其中，FPGA控制器为1片XC7K325T芯片，FLASH存储器为1片N25Q256A13ESF芯片；通信接口电路包括12路RS422/485发送接口电路、172路RS422/485接收接口电路和1路RS232串口电路，驱动接口电路包括8路TTL长线驱动输出电路、8路LVTTL驱动输入电路、8路LVTTL驱动输出电路和8路CMOS驱动输出电路；温度传感器可检测板级周围环境温度范围为-40℃～125℃；模拟检测电路可同时检测16路模拟量，电源模块为接口板上各功能模块电路提供电源，LED指示电路提供红、绿两色状态指示，同时该接口板预留1路4X SRIO高速通道与VPX总线上的计算机板或数据交换板进行通信。本发明利用VPX总线扩展性好、I/O口丰富、通信带宽高的优点，实现了不同规模相控阵雷达波控与监控自测平台接口板的通用化设计，满足了波控与监控自测平台多样化需求，一次设计，重复利用，缩短了开发周期且降低了研制费用。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，其特征在于：所述接口板集成的电路包括FPGA控制器以及均和所述FPGA控制器电性连接的通信接口电路、驱动接口电路、模拟检测电路；所述通信接口电路包括RS422/485发送接口电路和RS422/485接收接口电路；所述驱动接口电路包括TTL长线驱动输出电路、LVTTL驱动输出电路和LVTTL驱动输入电路、CMOS驱动输出电路；
其中，所述TTL长线驱动输出电路采用2片SNJ54128W芯片实现，所述LVTTL驱动输出电路和所述LVTTL驱动输入电路共用1片IDT74FCT163244芯片实现；
所述RS422/485接收接口电路采用43片SN65LBC175D芯片实现；43片SN65LBC175D芯片用于实现172路RS422/485的远距离接收；
所述接口板设置6U结构VPX高速总线接口：VPX连接器P1～P6；
(1)VPX连接器P1支持所述RS422/485发送接口电路的12路RS422/485发送差分对信号、所述RS422/485接收接口电路的12路RS422/485接收差分对信号、所述LVTTL驱动输入电路的8路LVTTL驱动输入信号、一路预留的1路4X SRIO高速差分对信号；
(2)VPX连接器P2支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述LVTTL驱动输出电路的8路LVTTL驱动输出信号；
(3)VPX连接器P3支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述TTL长线驱动输出电路的8路TTL长线驱动输出信号；
(4)VPX连接器P4支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述CMOS驱动输出电路的8路CMOS驱动输出信号；
(5)VPX连接器P5支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述模拟检测电路的8路模拟检测输入信号；
(6)VPX连接器P6支持所述RS422/485接收接口电路的32路RS422/485接收差分对信号、所述模拟检测电路的8路模拟检测输入信号。
2.如权利要求1所述的基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，其特征在于：12路RS422/485发送差分对信号、172路RS422/485接收差分对信号、8路TTL长线驱动输出信号、8路LVTTL驱动输入信号、8路LVTTL驱动输出信号、8路CMOS驱动输出信号、16路模拟检测输入信号均通过相应VPX连接器的后出板引出，预留的1路4X SRIO高速差分对信号通过所述接口板的背板与VPX总线上的计算机板或数据交换板进行通信互连。
3.如权利要求1所述的基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，其特征在于：所述接口板集成的电路还包括和所述FPGA控制器电性连接的RS232串口电路，所述接口板还设置支持所述RS232串口电路的DB9连接器。
4.如权利要求1所述的基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，其特征在于：所述接口板集成的电路还包括和所述FPGA控制器电性连接的FLASH存储器。
5.如权利要求1所述的基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，其特征在于：所述接口板集成的电路还包括和所述FPGA控制器电性连接的温度传感器，所述温度传感器检测板级周围环境温度。
6.如权利要求1所述的基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，其特征在于：所述接口板集成的电路还包括和所述FPGA控制器电性连接的LED指示电路。
7.如权利要求1所述的基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，其特征在于：所述接口板集成的电路还包括对所述接口板上各电路供电的电源模块。
8.如权利要求1所述的基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，其特征在于：所述FPGA控制器为1片XC7K325T芯片，所述RS422/485发送接口电路采用3片SN65LBC174A16芯片实现。
9.如权利要求1所述的基于VPX总线的雷达波控与监控自测平台的通用接口板，其特征在于：所述CMOS驱动输出电路采用1片ADG3123芯片实现，模拟检测电路采用1片16通道AD7490芯片实现。
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