CN112764372A - 基于vpx架构的多通道信号采集系统 - Google Patents

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CN112764372A CN202011564983.3A CN202011564983A CN112764372A CN 112764372 A CN112764372 A CN 112764372A CN 202011564983 A CN202011564983 A CN 202011564983A CN 112764372 A CN112764372 A CN 112764372A
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云天嵩
汪清
刘爽
许敏鹏
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Abstract

本发明涉及数据采集与传输技术领域，为提出多通道信号采集技术方案，实现信号采集和处理。为此，本发明采取的技术方案是，基于VPX架构的多通道信号采集系统，包括射频接收通道模块和数字采集模块、天线，其中射频接收通道模块从天线接收射频信号，完成对信号的滤波、放大、变频，将处理后的中频信号输出给数字采集模块做后续处理；数字采集模块完成中频信号采集、信号处理，接口传输，对外控制。本发明主要应用于数据采集与传输场合。

Description

基于VPX架构的多通道信号采集系统
技术领域
本发明涉及数据采集与传输技术领域，具体涉及基于VPX架构的多通道信号采集系统。
注：VPX是VITA(VME International Trade Association,VME国际贸易协会)提出的新一代高速串行总线标准。
背景技术
随着信息技术的不断发展，信号采集系统也在不断地更新换代，尤其是在雷达、航天和航空领域，日益增长的需求对于信号采集系统的采集速率、处理带宽、数据传输速率和系统通用性等方面的能力提出了更高的要求[1]。传统的信号采集通用平台，如CPCI(紧凑型外设部件互连标准)总线接口等已不能满足当前系统的需求[2]。本发明提出了一种基于VPX架构[3]的多通道信号采集平台。平台采用高集成度设计，最多可完成八个通道的信号采集、处理和高速接口传输工作。通用性强，具备VPX标准接口[4]，可适配VPX机箱。平台选用高性能ADC(模数转换芯片)和FPGA(现场可编程逻辑门阵列)实现信号采集和处理，千兆以太网实现高速接口传输[5]，应用灵活，可满足不同的信号采集处理需求。
[1]史鸿声.雷达信息处理系统现状及发展趋势[J].雷达与对抗,2011,31(03):14-17.
[2]郑东卫,陈矛,罗丁利.VPX总线的技术规范及应用[J].火控雷达技术,2009,38(04):73-77.
[3]崔霞霞,王少飞.基于VPX架构的软件无线电通信平台设计[J].计算机与网络,2020,46(11):56-59.
[4]李瑛,王向进,盛定仪.基于VPX标准的雷达信号处理平台的设计与实现[J].电子测量技术,2020,43(14):79-83.
[5]朱习松,赵霖,卢礼兵.基于FPGA的千兆以太网硬件系统实现[J].电子质量,2017(12):21-24。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明旨在提出多通道信号采集技术方案，实现信号采集和处理。为此，本发明采取的技术方案是，基于VPX架构的多通道信号采集系统，包括射频接收通道模块和数字采集模块、天线，其中射频接收通道模块从天线接收射频信号，完成对信号的滤波、放大、变频，将处理后的中频信号输出给数字采集模块做后续处理；数字采集模块完成中频信号采集、信号处理，接口传输，对外控制。
数字采集模块包括信号的采集模块、信号处理模块，信号的采集模块采集中频信号，采集后交信号处理模块对信号进行后续处理。
信号处理模块进行数字滤波、数字下变频、信号解调处理。
中频信号采集是采用带通采样或低通采样。
本发明的特点及有益效果是：
本发明所述的信号采集平台基于VPX标准架构，选用高性能ADC和FPGA实现信号采集和处理，采用千兆以太网作为高速数据传输接口，最多可完成八路信号采集。该发明具有如下特点：
(1)小型化和高集成度设计，在6U板卡尺寸上可以完成射频信号采集，数字信号处理和高速接口传输。
(2)通用性强，采用VPX标准架构，可适配VPX背板和机箱，具备多种接口传输方式，可以满足不同的信号采集处理需求。
附图说明：
图1为总体框架。
图2为射频接收模块框图。
图3为数字采集模块框图。
图4为系统信号处理流程
图5为电源网络设计框图。
图6为时钟网络设计框图。
具体实施方式
基于VPX架构的多通道信号采集平台为标准VPX架构6U板卡，主要由射频接收通道模块和数字采集模块组成，其中射频接收通道模块从天线接收射频信号，完成对信号的滤波、放大、变频等工作，将处理后的中频信号输出给数字采集模块做后续处理。数字采集模块为整个系统的核心模块，主要完成中频信号采集、信号处理，接口传输，对外控制等工作。图1给出了基于VPX架构的多通道信号采集平台总体框架。
1、射频接收模块
射频接收模块的主要功能是对接收频率范围内的射频信号进行滤波、放大和下变频，在频率上将接收到的信号变换到一个固定的、较低的中频频率上；在功率上将转换后的中频信号电平调整到一个合适的电平幅度上，然后将该中频信号输出至数字采集模块。图2给出了射频接收模块的基本框架和外部接口。
2、数字采集模块
数字采集模块为本平台设计中的核心模块，完成中频信号采集、信号处理和高速接口传输工作。数字采集模块主要由高性能ADC、FPGA、千兆以太网物理层芯片组成，其框图如图3所示。
数字采集模块设计特性如下：
(1)选用高性能ADC实现中频模拟信号采集功能；
(2)选用千兆网物理层芯片实现千兆以太网传输功能；
(3)选用低抖动时钟管理芯片提供ADC采样时钟与采集FPGA系统时钟，保证时钟质量，最大程度发挥ADC采样性能；
(4)选用Kintex-7系列高性能FPGA实现板卡数据采集处理功能；
(5)提供SPI FLASH(串行协议的存储芯片)作为FPGA的配置逻辑存储器件；
(6)提供完整的电源管理，完成模块内部各电路的供电；
(7)提供对外控制接口，可完成对射频接收模块的控制工作；
(8)提供PCIE高速串行总线接口，满足高速数据传输需求；
(9)预留多路信号采集链路，可以最多满足八通道信号采集处理需求。
技术方案的详细描述如下：
天线信号经射频接收模块采集后，将射频信号经滤波、变频和放大后，变为频率较低，幅度合适的中频信号输出至数字采集模块，数字采集模块采用ADC实现模拟信号到数字信号的转换，转换后的数字信号输出到FPGA。FPGA内部的采集模块实现对模拟信号数字化之后的信号的采集，可通过带通采样或低通采样等方式对信号进行采集，最大采样时钟可达125MHz、信号处理模块可对信号进行后续处理(如数字滤波、数字下变频、信号解调等等)，通过更换不同的软件可以实现灵活的信号处理功能。信号处理完毕后，处理后的结果可以通过千兆以太网或者PCIE高速串行总线接口输出。除此之外，FPGA内部具备控制模块，可以实现对外控制功能，在本系统中，主要是指对射频接收模块进行增益、接收频率等配置。系统信号处理流程如图4所示。图4所示为单通道信号的处理流程，多通道信号可复用该流程。
3、电源网络设计
本发明数字采集模块采用+5V直流电源输入。为了最大程度上的减少模拟电路与数字电路之间的串扰，采用电源滤波器将输入电源分为模拟电源与数字电源两部分，模拟部分供电采用低噪声线性电源设计电源网络，数字部分选用开关电源进行电源转换。电源网络设计如图5所示。
4、时钟网络设计
在本发明中，AD芯片采样时钟和FPGA所用的时钟分配芯片，两路输入可选使用，5路输出时钟供AD和FPGA使用，选用差分有源晶振作为板上参考时钟，基准时钟输入时钟分配芯片，通过时钟选择信号选择板上晶振或外部输入时钟，经过时钟分配芯片分为五路，一路输入FPGA作为系统时钟，其他四路分别输入中频AD提供采样时钟，保证时钟同源。ADC输出随路时钟作为ADC信号采集的同步时钟。提供板上100MHz有源晶振输入作为FPGA内部PCIE高速串行总线工作的参考时钟，差分有源晶振直接输入FPGA高速参考时钟管脚。千兆网部分采用25MHz板上晶振提供给千兆网芯片作为参考时钟，千兆网芯片输出125MHz参考时钟给FPGA作为千兆网部分软件的处理时钟。
综上所述，本发明所述平台的时钟网络设计如图6所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (4)

1.一种基于VPX架构的多通道信号采集系统，其特征是，包括射频接收通道模块和数字采集模块、天线，其中射频接收通道模块从天线接收射频信号，完成对信号的滤波、放大、变频，将处理后的中频信号输出给数字采集模块做后续处理；数字采集模块完成中频信号采集、信号处理，接口传输，对外控制。
2.如权利要求1所述的基于VPX架构的多通道信号采集系统，其特征是，数字采集模块包括信号的采集模块、信号处理模块，信号的采集模块采集中频信号，采集后交信号处理模块对信号进行后续处理。
3.如权利要求1所述的基于VPX架构的多通道信号采集系统，其特征是，信号处理模块进行数字滤波、数字下变频、信号解调处理。
4.如权利要求1所述的基于VPX架构的多通道信号采集系统，其特征是，中频信号采集是采用带通采样或低通采样。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113438012A (zh) * 2021-06-25 2021-09-24 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于vpx架构的多信道卫星通信装置
CN114002602A (zh) * 2021-11-01 2022-02-01 山东芯慧微电子科技有限公司 一种基于fpga的vpx动力电池单体电压采集刀片

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060019240A1 (en) * 2001-11-09 2006-01-26 Proteologics, Ltd. Posh nucleic acids, polypeptides and related methods
CN201910922U (zh) * 2010-09-28 2011-07-27 北京交通大学 一种用于信道探测的高速数据采集设备
CN108282216A (zh) * 2018-01-09 2018-07-13 成都普诺科技有限公司 一种阵列信号接收系统
CN111736517A (zh) * 2020-08-07 2020-10-02 成都谱信通科技有限公司 一种基于多通道adc和fpga的同步采集处理卡系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060019240A1 (en) * 2001-11-09 2006-01-26 Proteologics, Ltd. Posh nucleic acids, polypeptides and related methods
CN201910922U (zh) * 2010-09-28 2011-07-27 北京交通大学 一种用于信道探测的高速数据采集设备
CN108282216A (zh) * 2018-01-09 2018-07-13 成都普诺科技有限公司 一种阵列信号接收系统
CN111736517A (zh) * 2020-08-07 2020-10-02 成都谱信通科技有限公司 一种基于多通道adc和fpga的同步采集处理卡系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113438012A (zh) * 2021-06-25 2021-09-24 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种基于vpx架构的多信道卫星通信装置
CN114002602A (zh) * 2021-11-01 2022-02-01 山东芯慧微电子科技有限公司 一种基于fpga的vpx动力电池单体电压采集刀片

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