CN109030934B - 一种提高峰值功率测量速度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种提高峰值功率测量速度的方法，应用于峰值功率计，峰值功率计包括A/D转换器，A/D转换器连接有现场可编程门阵列，现场可编程门阵列内设置有温度参数寄存器、频率因子寄存器和随机存取存储器，温度寄存器与频率因子寄存器相连，频率因子寄存器分别连接有第一存储器和第二存储器，第一存储器和第二存储器均通过一个单刀双掷开关与随机存取存储器相连。本发明将ADC转换为功率数据，仅仅延时了4个时钟周期，时间延迟40ns。一个采样周期主要包括1000个数据点的采样时间、数字信号处理器读取时间、数字信号处理器简单计算时间、中央处理器读取时间等，总耗时不超过1ms，效率相对于现有的方法提高40倍以上。

Description

一种提高峰值功率测量速度的方法
技术领域
本发明涉及峰值功率计功率测量领域，具体涉及一种提高峰值功率测量速度的方法。
背景技术
峰值功率计可以高速采样脉冲调制信号的检波包络，并将检波包络的波形在屏幕中显示，可以准确测量脉冲调制信号的峰值功率、脉冲功率、平均功率等功率参数和脉冲上升时间、下降时间、脉冲宽度等时间参数。
如图1所示为目前峰值功率测量的硬件原理图，14位的A/D转换器以100Ms/s的采样率进行转换，转换后的ADC数据送至FPGA，在FPGA内部，采样控制电路根据采样控制信号和采样触发信号，将需要的ADC数据存入RAM中，一次采样结束后，DSP将需要计算的数据从RAM中读出，并在DSP内部进行运算和补偿，并将运算之后的结果通过HPI总线送至CPU，并将结果显示在屏幕中。
每个采样周期，包括4个串行执行的过程：
（1）根据采样控制，将ADC数据写入到RAM中，采集至少显示满屏幕的ADC数据，满屏显示1000个点，按照100Ms/s采样率计算，采样时间>10us。
（2）DSP把需要的数据点从RAM中读出，DSP读取采用的是异步口，速度约为30M/s，因此读取1000个ADC数据时间约33us。
（3）DSP计算时间：计算时间包括对ADC数据进行在、频响补偿和ADC-功率转换。在计算过程中，每一个操作十几、甚至几十个指令周期，对1000个ADC完成所有计算之后，需要时间40ms左右。
（4）计算完成的数据写入存储器中，耗时约10us，等待CPU读取并显示。
采集和显示完成满屏幕数据，需要串行执行上述4个步骤，耗时超过40ms，其中步骤（3）DSP计算时间耗时最长，主要原因是DSP计算为串行处理，每个ADC数据处理比较复杂，消耗了大量时间。
发明内容
针对现有峰值功率测量速度慢的问题，本发明提供了一种提高峰值功率测量速度的方法，可以将峰值功率测量速度提高40倍以上。
本发明采用以下的技术方案：
一种提高峰值功率测量速度的方法，应用于峰值功率计，峰值功率计包括A/D转换器，A/D转换器连接有现场可编程门阵列，现场可编程门阵列连接有数字信号处理器，数字信号处理器连接有中央处理器，现场可编程门阵列内设置有温度参数寄存器、频率因子寄存器和随机存取存储器，温度寄存器与频率因子寄存器相连，频率因子寄存器分别连接有第一存储器和第二存储器，第一存储器和第二存储器均通过一个单刀双掷开关与随机存取存储器相连；
第一存储器内有ADC-dBm转换表格，第二存储器内有ADC-W转换表格；
该方法包括以下步骤：
步骤1：峰值功率计启动后，在A/D转换器内以100Ms/s的采样速率进行A/D转换，转换后的ADC数据送入现场可编程门阵列中；
步骤2：在现场可编程门阵列内，第一个时钟产生ADC0；
步骤3：第二个时钟产生ADC1，同时温度参数寄存器对ADC0进行温度补偿，得到ADC0(T)；
步骤4：第三个时钟产生ADC2，同时温度参数寄存器对ADC1进行温度补偿，得到ADC1(T)，频率因子寄存器对ADC0(T)进行频响补偿，得到ADC0(TF)；
步骤5：第四个时钟产生ADC3，同时温度参数寄存器对ADC2进行温度补偿，得到ADC2(T)，频率因子寄存器对ADC1(T)进行频响补偿，得到ADC1(TF)；
以ADC0(TF)为索引，查找第一存储器内的ADC-dBm转换表格或者第二存储器内的ADC-W转换表格，得到dBm0(TF)或者W0(TF)；
步骤6：根据用户选择功率显示为dBm或者W，在第五个时钟周期将dBm0(TF)或者W0(TF)写入到随机存取存储器中；
步骤7：数字信号处理器根据采样控制，从随机存取存储器中读取需要的功率值，在数字信号处理器内部经过简单运算后，送至中央处理器显示。
优选地，数字信号处理器每隔1分钟检测一次温度数据，并将温度参数写入到温度参数寄存器，当用户改变频率值时，数字信号处理器将频率因子写入到频率因子寄存器。
优选地，ADC-dBm转换表格内有ADC值与dBm的对应值，ADC-W转换表格内有ADC与W的对应值，ADC-dBm转换表格和ADC-W转换表格在功率探头生产过程中通过校准得到，并写入到探头存储器中，在峰值功率计启动过程中，将ADC-dBm转换表格和ADC-W转换表格从探头存储器中读出并写入到现场可编程门阵列内的第一存储器和第二存储器中。
优选地，所述A/D转换器为14位，第一存储器和第二存储器的存储容量为16384。
本发明具有的有益效果是：
本发明提供的提高峰值功率测量速度的方法，是将数字信号处理器中的温度补偿、频响补偿、ADC-功率转换放在现场可编程门阵列中完成，而且现场可编程门阵列可以实现并行操作，相较于数字信号处理器的串行计算方式，大大减小处理时间。
附图说明
图1为现有峰值功率测量的硬件原理图。
图2为本发明峰值功率测量的硬件原理图。
图3为本发明的功率各种补偿和功率测量时序图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
结合图2和图3，一种提高峰值功率测量速度的方法，应用于峰值功率计，峰值功率计包括A/D转换器，A/D转换器连接有现场可编程门阵列，现场可编程门阵列连接有数字信号处理器，数字信号处理器连接有中央处理器。
将数字信号处理器中的温度补偿、频响补偿、ADC-功率转换放在现场可编程门阵列中完成，而且在现场可编程门阵列中并行操作。
现场可编程门阵列内设置有温度参数寄存器和频率因子寄存器，温度寄存器与频率因子寄存器相连，温度参数寄存器保存温度参数，频率因子寄存器保存频率因子。
数字信号处理器每隔1分钟检测一次温度数据，并将温度参数写入到温度参数寄存器，当用户改变频率值时，数字信号处理器将频率因子写入到频率因子寄存器。
频率因子寄存器分别连接有第一存储器和第二存储器，第一存储器和第二存储器均通过一个单刀双掷开关与随机存取存储器相连。
第一存储器内有ADC-dBm转换表格，第二存储器内有ADC-W转换表格。
根据测量结果的形式，如果显示结果为dBm，则单刀双掷开关导通第一存储器和随机存取存储器；如果显示结果为W，则单刀双掷开关导通第二存储器和随机存取存储器。
ADC-dBm转换表格内有ADC值与dBm的对应值，ADC-W转换表格内有ADC与W的对应值， ADC-dBm转换表格和ADC-W转换表格在功率探头生产过程中通过校准得到，并写入到探头存储器中，在峰值功率计启动过程中，将ADC-dBm转换表格和ADC-W转换表格从探头存储器中读出并写入到现场可编程门阵列内的第一存储器和第二存储器中。
A/D转换器为14位，第一存储器和第二存储器的存储容量为16384。
该方法包括以下步骤：
步骤1：峰值功率计启动后，在A/D转换器内以100Ms/s的采样速率进行A/D转换，转换后的ADC数据送入现场可编程门阵列中；
步骤2：在现场可编程门阵列内，第一个时钟产生ADC0；
步骤3：第二个时钟产生ADC1，同时温度参数寄存器对ADC0进行温度补偿，得到ADC0(T)；
步骤4：第三个时钟产生ADC2，同时温度参数寄存器对ADC1进行温度补偿，得到ADC1(T)，频率因子寄存器对ADC0(T)进行频响补偿，得到ADC0(TF)；
步骤5：第四个时钟产生ADC3，同时温度参数寄存器对ADC2进行温度补偿，得到ADC2(T)，频率因子寄存器对ADC1(T)进行频响补偿，得到ADC1(TF)；
以ADC0(TF)为索引，查找第一存储器内的ADC-dBm转换表格或者第二存储器内的ADC-W转换表格，得到dBm0(TF)或者W0(TF)；
步骤6：根据用户选择功率显示为dBm或者W，在第五个时钟周期将dBm0(TF)或者W0(TF)写入到随机存取存储器中；
步骤7：数字信号处理器根据采样控制，从随机存取存储器中读取需要的功率值，在数字信号处理器内部经过简单运算后，送至中央处理器显示。
本发明将ADC转换为功率数据，仅仅延时了4个时钟周期，时间延迟40ns，在整个采样过程中可以忽略不计。一个采样周期主要包括1000个数据点的采样时间、数字信号处理器读取时间、数字信号处理器简单计算时间、中央处理器读取时间等，总耗时不超过1ms，效率相对于现有的方法提高40倍以上。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种提高峰值功率测量速度的方法，应用于峰值功率计，峰值功率计包括A/D转换器，A/D转换器连接有现场可编程门阵列，现场可编程门阵列连接有数字信号处理器，数字信号处理器连接有中央处理器，其特征在于，现场可编程门阵列内设置有温度参数寄存器、频率因子寄存器和随机存取存储器，温度寄存器与频率因子寄存器相连，频率因子寄存器分别连接有第一存储器和第二存储器，第一存储器和第二存储器均通过一个单刀双掷开关与随机存取存储器相连；
第一存储器内有ADC-dBm转换表格，第二存储器内有ADC-W转换表格；
该方法包括以下步骤：
步骤1：峰值功率计启动后，在A/D转换器内以100Ms/s的采样速率进行A/D转换，转换后的ADC数据送入现场可编程门阵列中；
步骤2：在现场可编程门阵列内，第一个时钟产生ADC0；
步骤3：第二个时钟产生ADC1，同时温度参数寄存器对ADC0进行温度补偿，得到ADC0(T)；
步骤4：第三个时钟产生ADC2，同时温度参数寄存器对ADC1进行温度补偿，得到ADC1(T)，频率因子寄存器对ADC0(T)进行频响补偿，得到ADC0(TF)；
步骤5：第四个时钟产生ADC3，同时温度参数寄存器对ADC2进行温度补偿，得到ADC2(T)，频率因子寄存器对ADC1(T)进行频响补偿，得到ADC1(TF)；
以ADC0(TF)为索引，查找第一存储器内的ADC-dBm转换表格或者第二存储器内的ADC-W转换表格，得到dBm0(TF)或者W0(TF)；
步骤6：根据用户选择功率显示为dBm或者W，在第五个时钟周期将dBm0(TF)或者W0(TF)写入到随机存取存储器中；
步骤7：数字信号处理器根据采样控制，从随机存取存储器中读取需要的功率值，在数字信号处理器内部经过简单运算后，送至中央处理器显示。
2.根据权利要求1所述的一种提高峰值功率测量速度的方法，其特征在于，数字信号处理器每隔1分钟检测一次温度数据，并将温度参数写入到温度参数寄存器，当用户改变频率值时，数字信号处理器将频率因子写入到频率因子寄存器。
3.根据权利要求1所述的一种提高峰值功率测量速度的方法，其特征在于，ADC-dBm转换表格内有ADC值与dBm的对应值，ADC-W转换表格内有ADC与W的对应值，ADC-dBm转换表格和ADC-W转换表格在功率探头生产过程中通过校准得到，并写入到探头存储器中，在峰值功率计启动过程中，将ADC-dBm转换表格和ADC-W转换表格从探头存储器中读出并写入到现场可编程门阵列内的第一存储器和第二存储器中。
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