CN114285428B - 一种可调毛纽扣阵列数据接收装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调毛纽扣阵列数据接收装置及方法，包括：可调毛纽扣阵列，其为可调规格信号传输器件，用以调节其安装孔径参数，以适配可调毛纽扣阵列的安装参数与天线变频模块、子板模块；天线变频模块，其为信号接收器件；子板模块，其为集成信号处理器件，其垂直耦接于天线变频模块；模数转换子板，用于采样处理无线信号，以获取并发送高速差分数字信号至控制与数据处理子板；控制与数据处理子板，用以接收并传递高速数字差分信号；时钟管理与电源管理子板，用以提供采样时钟、系统时钟和各类电源给模数转换子板及控制与数据管理子板。本发明具有以下优点：使用可调毛纽扣阵列实现互连，实现数据接收装置的同孔径、扩展、重构。

Description

一种可调毛纽扣阵列数据接收装置及方法

技术领域

本发明本发明涉及一种紧凑型高速数字接收模块，具体是一种可用于小型化的高速模数转换与信号处理系统的可调毛纽扣阵列数据接收装置及方法。

背景技术

对于应用在宽带、高速、多通道的数字接收系统来说，往往需要多片采样率高的模数转换芯片和FPGA；对于侦干探通一体化和可扩展、可重构、模块化的需求，又需要数字接收系统与天线单元孔径相同。专利号为CN203827598U的发明《一种采用毛纽扣连接的微波垂直互联电路》采用毛纽扣连接的微波垂直互联电路，使用每组3×4排列的毛纽扣连接LTCC基板和植针PCB分线板，使用每组内同轴排列的毛纽扣连接LTCC基板和PCB功分器，减小整个TR组件体积、压缩LTCC基板与后端电路连接距离。传统技术中采用soc、sip技术固然可以达到上述要求，但是对加工工艺要求很高，设计难度大，成本高。若使用分立器件和PCB板，由于芯片数量大，单块PCB的面积也会比较大，不符合现代设备小型化的要求。目前的解决这一问题的方法为通过高速的数字信号板对板连接器，如FMC连接器，将单块的PCB分成多块子板平行连接，顶层PCB与天线与变频部分互连，底层PCB与后端数据处理部分互连。这样的方法虽然可以减小PCB板的面积，但是同样引入其他的问题：在多通道的应用环境下，由于PCB被分成了若干个平行堆叠起来的子板，信号从天线与变频部分，通过接口进入数字接收系统，需要经过a个PCB子板和a-1个板对板连接器，才能进入后端数据处理模块，在多通道需要大量引脚的情况下，高速数字连接器占用了大量PCB板面积，对减小单个子板的面积造成了困难。由于子板面积大，很难做到与天线、TR组件和变频模块同孔径。另外，经过多个连接器后，信号的质量也会大大下降。

在前述方法中，信号全部通过顶层PCB子板的接口与天线和变频模块连接，这必然就造成所有的信号都要集中到顶层PCB子板中，顶层PCB子板信号多，设计非常困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于通过各子板与天线与射频模块垂直连接的模块设计，解决现有技术中各子板与天线与变频部分相互平行导致单个板的面积必须小于天线孔径，分立的元器件和传统的连接器面积大，难以满足同孔径、扩展及重构的要求。使用可调毛纽扣阵列实现互连，实现同孔径、可扩展、可重构的可调毛纽扣阵列数据接收装置及方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种可调毛纽扣阵列数据接收装置，应用于数据的高速接收，所述方法包括：天线变频模块、可调毛纽扣阵列、子板模块；

所述可调毛纽扣阵列，其为可调规格信号传输器件，用以通过调节其自身的安装孔径参数，以适配所述可调毛纽扣阵列与所述天线变频模块、所述子板模块；

所述天线变频模块，其为信号接收器件，用以接收无线信号；

所述子板模块，其为集成信号处理器件，其通过所述可调毛纽扣阵列垂直耦接于所述天线变频模块，所述子板模块中安装所述模数转换子板、控制与数据处理子板和时钟管理与电源管理子板，用以处理所述无线信号；

所述模数转换子板，其接收端通过所述可调毛纽扣阵列耦接于所述天线变频模块，所述模数转换子板用于采样处理所述无线信号，以获取并发送高速差分数字信号至所述控制与数据处理子板；

所述控制与数据处理子板，其为数据处理器件，所述控制与数据处理子板的输入端通过所述毛纽扣阵列耦接所述数模转换子板的输出端，用以接收并传递所述高速数字差分信号；

所述时钟管理与电源管理子板，其为电源时钟处理器件，所述时钟管理与电源管理子板通过所述毛纽扣阵列耦接于所述模数转换子板、所述控制与数据管理子板，用以提供采样时钟、系统时钟和各类电源给所述模数转换子板及所述控制与数据管理子板。本方法采用毛纽扣阵列，来作多块平行子PCB子板之间的信号与电源的互连。这样可以在使用分立器件的情况下，做到将数字接收系统模块化，与前端射频部分同口径，使模块具有可扩展性和可重构性。本发明提供的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置的各子板与天线和变频模块垂直互连，各子板仅需收发自身需处理的信号，解决了信号与电源需层层传递的问题。

作为更具体的技术方案，可调毛纽扣阵列，包括：电源子阵列和高速数据信号子阵列；

所述电源子阵列，其将所述时钟管理与电源管理子板分别与所述模数转换子板及所述控制与数据处理子板连接，用以传输电源给所述模数转换子板及所述控制与数据处理子板，据以控制所述模数转换子板和所述控制与数据处理子板的运行状态；

所述高速数据信号子阵列，其将所述控制与数据处理子板与所述模数转换子板连接，用以将所述高速数字差分信号与所述采样时钟、系统时钟传输至所述控制与数据处理子板。

作为更具体的技术方案，所述可调电源子阵列，包括：电源阵列表贴端及电源阵列接触端，

所述电源阵列表贴端，其表贴连接于所述时钟管理与电源管理子板；

所述电源阵列接触端，其弹性接触所述所述模数转换子板及所述控制与数据处理子板。

作为更具体的技术方案，所述高速数据信号子阵列，包括：信号表贴端及信号接触端，

所述信号表贴端，其表贴连接所述控制与数据处理子板；

所述信号接触端，其弹性接触所述模数转换子板，用以接收所述高速差分信号。

作为更具体的技术方案，所述毛纽扣阵列，适应调节其安装高度与所述子板模块的宽度，据以适配所述天线变频模块的孔径。本发明基于毛纽扣阵列的这种紧凑、嵌合高度灵活的特性，使得本发明中的子板总厚度和子板宽度能够小于天线与变频模块的孔径，满足可扩展的要求。

作为更具体的技术方案，所述可调毛纽扣阵列，还包括：背板，所述可调毛纽扣阵列通过所述背板焊接于所述子板模块上。

作为更具体的技术方案，所述可调毛纽扣阵列，其与所述子板模块平行；所述可调毛纽扣阵列垂直于所述天线变频模块。在本发明中，子板与前端模块垂直，只要满足单个子板的宽度和子板的总厚度都小于天线孔径即可满足可扩展的要求，子板的长度不做严格要求，降低了设计难度。

作为更具体的技术方案，所述控制与数据处理子板，包括：天线变频波控子板、时钟电源波控子板，

所述天线变频波控子板，其通过所述可调毛纽扣阵列耦接所述天线变频模块，用以配置所述天线变频模块的波控；

所述时钟电源波控子板，其通过所述可调毛纽扣阵列耦接所述时钟管理与电源管理子板，用以配置时钟管理与电源管理子板上芯片的波控。

作为更具体的技术方案，所述天线变频波控子板、时钟电源波控子板的规格相同，包括：接收数据处理元件、存储元件、信号传递元件，

所述接收数据处理元件，其为现场可编程门阵列，用以接收并处理所述高速数字差分信号；

所述存储元件，其为存储器，所述存储元件连接所述接收数据处理元件，用以存储所述高速数字差分信号；

所述信号传递元件，其为信号转换发送器件，所述信号传递元件连接所述存储元件，

用以传递所述高速数字差分信号。

作为更具体的技术方案，一种可调毛纽扣阵列数据接收方法，应用于数据的高速接收，所述方法包括：

调节所述可调毛纽扣阵列安装孔径参数，以适配所述可调毛纽扣阵列的安装参数与所述天线变频模块、所述子板模块；

以天线变频模块接收无线信号；

以模数转换子板采样处理所述无线信号，以获取并发送高速差分数字信号至所述控制与数据处理子板；

以控制与数据处理子板接收并传递所述高速数字差分信号；

以时钟管理与电源管理子板提供采样时钟、系统时钟和各类电源给所述模数转换子板及所述控制与数据管理子板。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置的各子板与天线和变频模块垂直互连，各子板仅需收发自身需处理的信号，解决了信号与电源需层层传递的问题。本方法采用毛纽扣阵列，来作多块平行子PCB子板之间的信号与电源的互连。这样可以在使用分立器件的情况下，做到将数字接收系统模块化，与前端射频部分同口径，使模块具有可扩展性和可重构性。基于毛纽扣阵列的这种紧凑、嵌合高度灵活的特性，使得本发明中的子板总厚度和子板宽度能够小于天线与变频模块的孔径，满足可扩展的要求。在本发明中，子板与前端模块垂直，只要满足单个子板的宽度和子板的总厚度都小于天线孔径即可满足可扩展的要求，子板的长度不做严格要求，降低了设计难度。

附图说明

图1是可调毛纽扣阵列数据接收装置子板连接示意图；

图2是可调毛纽扣阵列数据接收装置立体结构图；

图3是可调毛纽扣阵列侧向示意图。

图4是可调毛纽扣阵列俯视方向示意图。

图5是可调变频模块与子板模块垂直连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。

实施例1：

我们利用引脚紧凑的、连接高度可调节的毛纽扣阵列作为板对板的连接器，设计出一种插卡式的多通道数字接收模块。一种紧凑型高速数字接收模块，包括2块控制与数据处理子板、2块模数转换子板和一块时钟管理与电源管理子板，如图1所示。各板采用毛纽扣阵列进行板间高速数字差分信号与电源的互连。模数转换子板通过毛纽扣阵列接收天线与变频部分传递的中频信号，通过高速ADC采样后，经过毛纽扣阵列将高速差分数字信号传递给控制与数据处理子板。毛纽扣阵列的最大传输速率可达12Gbps。

时钟管理与电源管理子板主要包括开关电源、线性稳压电源、时钟管理芯片，通过毛纽扣阵列，为模数转换子板和控制与数据处理子板提供采样时钟、系统时钟和各类电源；如果变频模块需要也可以给变频模块提供同步时钟。

模数转换子板主要包括ADC和相关匹配电路，用于中频信号的高速采样，高速数字差分信号通过毛纽扣阵列送入控制与数据处理子板。

控制与数据处理子板主要包括FPGA、DDR、FLASH和光模块，用于接收、处理、存储、传递毛纽扣阵列传递来的高速数字差分信号。其中，控制与数据处理子板，子板1负责配置天线与变频模块的波控，子板2负责时钟管理与电源管理子板上芯片的波控。

子板之间的数字信号、时钟信号、波控信号与电源通过毛纽扣阵列连接。毛纽扣阵列如图3所示，本设计中使用的毛纽扣阵列将电源与高速数字信号合并在一个阵列中，通过加大毛纽扣的直径，使其能传输较大的电流。表贴焊接在时钟管理与电源管理子板上的毛纽扣阵列，与其余子板弹性接触，为其提供电源与时钟；表贴在控制与数据处理子板上的毛纽扣阵列，与模数转换子板弹性接触，接收所传递来的高速数字差分信号。通过改变毛纽扣阵列的高度和子板的宽度来与天线与变频模块同孔径。

各子板通过平行的毛纽扣阵列与天线与变频模块相连，如图4及图5所示。毛纽扣阵列焊接在背板上，再通过背板焊接在子板上，使毛纽扣阵列与子板平行。天线与变频模块与子板垂直，毛纽扣阵列与其弹性相连。

实施例2：

在高精度和宽扫描范围的探测系统应用中，单一的天线单元已经无法满足要求，需要x*y个天线单元组成天线阵面才能达到应用需求。其中，单个天线的孔径面积为a*b，天线阵面的面积为(a*x)*(b*y)。每个天线单元都包含一个数字接收模块。数字接收模块由5个子板组成，每个子板宽度为b，5个子板平行堆叠后总厚度为a，与天线和变频模块垂直互连后组成天线单元，如图2所示。整体来说，数字接收模块一侧与天线和变频模块相连，接收待采样的射频信号并为前端提供相参的时钟和波控；另一侧与外部总电源、系统时钟和后续数据处理系统相连，接收整个探测系统提供的电源和系统时钟，并将处理过的数字信号通过光纤传递到后端的数据处理系统中。

具体的，时钟与电源管理子板接收探测系统的时钟和总电源，通过毛纽扣阵列为整个数字接收模块和前端天线与变频模块提供不同种类的电源和相参的系统时钟，保证每个子板、每个天线单元的同步性；每个天线单元可接收16通道射频输入，通过毛纽扣阵列和耦合电路将16通道射频信号分别送至模数转换子板1和2中，模数转换子板1和2各接收8通道射频信号，两个子板的射频数据与采样数据独立传播；模数转换子板1和2将采样信号通过毛纽扣阵列和耦合电路，分别传输给各自的控制与处理子板上的FPGA中，经过FPGA的数据处理后传输给光模块，通过光纤送至后续的处理系统中。

由于毛纽扣阵列紧凑、嵌合高度低、嵌合高度灵活的特性，5块子板的总厚度等于天线单元的长度a，只要控制子板的宽度与所要求的天线单元的宽度b相同，则单个天线单元就能扩展成由x*y个天线单元组成的天线阵面，提高探测的扫描精度和扫描角度。

如上所述，本发明提供的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置的各子板与天线和变频模块垂直互连，各子板仅需收发自身需处理的信号，解决了信号与电源需层层传递的问题。本方法采用毛纽扣阵列，来作多块平行子PCB子板之间的信号与电源的互连。这样可以在使用分立器件的情况下，做到将数字接收系统模块化，与前端射频部分同口径，使模块具有可扩展性和可重构性。基于毛纽扣阵列的这种紧凑、嵌合高度灵活的特性，使得本发明中的子板总厚度和子板宽度能够小于天线与变频模块的孔径，满足可扩展的要求。在本发明中，子板与前端模块垂直，只要满足单个子板的宽度和子板的总厚度都小于天线孔径即可满足可扩展的要求，子板的长度不做严格要求，降低了设计难度以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可调毛纽扣阵列数据接收装置，其特征在于，应用于高速数据的接收处理，所述装置包括：天线变频模块、可调毛纽扣阵列、子板模块；

所述可调毛纽扣阵列，其为可调规格信号传输器件，用以通过调节其自身的安装孔径参数，以适配所述可调毛纽扣阵列与所述天线变频模块、所述子板模块；

所述天线变频模块，其为信号接收器件，用以接收无线信号；

所述子板模块，其为集成信号处理器件，所述子板模块通过所述可调毛纽扣阵列垂直耦接于所述天线变频模块，所述子板模块中安装模数转换子板、控制与数据处理子板及时钟管理与电源管理子板，用以处理所述无线信号；

模数转换子板，其接收端通过所述可调毛纽扣阵列耦接于所述天线变频模块，所述模数转换子板用于采样处理所述无线信号，以获取并发送高速差分数字信号至所述控制与数据处理子板；

所述控制与数据处理子板，其为数据处理器件，所述控制与数据处理子板的输入端通过所述可调毛纽扣阵列耦接所述模数转换子板的输出端，用以接收并传递所述高速差分数字信号；

所述时钟管理与电源管理子板，其为电源时钟处理器件，所述时钟管理与电源管理子板通过所述可调毛纽扣阵列耦接于所述模数转换子板、所述控制与数据管理子板，用以提供采样时钟、系统时钟和各类电源给所述模数转换子板及所述控制与数据管理子板。

2.根据权利要求1所述的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置，其特征在于，所述可调毛纽扣阵列，包括：电源子阵列和高速数据信号子阵列；

所述电源子阵列，其将所述时钟管理与电源管理子板分别与所述模数转换子板及所述控制与数据处理子板连接，用以传输电源给所述模数转换子板及所述控制与数据处理子板，据以控制所述模数转换子板和所述控制与数据处理子板的运行状态；

所述高速数据信号子阵列，其将所述控制与数据处理子板与所述模数转换子板连接，用以将所述高速差分数字信号与所述采样时钟、所述系统时钟传输至所述控制与数据处理子板。

3.根据权利要求2所述的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置，其特征在于，所述电源子阵列，包括：电源阵列表贴端及电源阵列接触端，

所述电源阵列表贴端，其表贴连接于所述时钟管理与电源管理子板；

所述电源阵列接触端，其弹性接触所述模数转换子板及所述控制与数据处理子板。

4.根据权利要求2所述的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置，其特征在于，所述高速数据信号子阵列，包括：信号表贴端及信号接触端，

所述信号表贴端，其表贴连接所述控制与数据处理子板；

所述信号接触端，其弹性接触所述模数转换子板，用以接收所述高速差分数字信号。

5.根据权利要求1所述的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置，其特征在于，所述可调毛纽扣阵列，适应调节其安装高度与所述子板模块的宽度，据以适配所述天线变频模块的孔径。

6.根据权利要求1所述的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置，其特征在于，所述可调毛纽扣阵列，还包括：背板，所述可调毛纽扣阵列通过所述背板焊接于所述子板模块上。

7.根据权利要求1所述的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置，其特征在于，所述可调毛纽扣阵列，其与所述子板模块平行；所述可调毛纽扣阵列垂直于所述天线变频模块。

8.根据权利要求1所述的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置，其特征在于，所述控制与数据处理子板，包括：天线变频波控子板、时钟电源波控子板，

所述天线变频波控子板，其通过所述可调毛纽扣阵列耦接所述天线变频模块，用以配置所述天线变频模块的波控；

所述时钟电源波控子板，其通过所述可调毛纽扣阵列耦接所述时钟管理与电源管理子板，用以配置时钟管理与电源管理子板上芯片的波控。

9.根据权利要求8所述的一种可调毛纽扣阵列数据接收装置，其特征在于，所述天线变频波控子板、时钟电源波控子板的规格相同，包括：接收数据处理元件、存储元件、信号传递元件，

所述接收数据处理元件，其为现场可编程门阵列，用以接收并处理所述高速差分数字信号；

所述存储元件，其为存储器，所述存储元件连接所述接收数据处理元件，用以存储所述高速差分数字信号；

所述信号传递元件，其为信号转换发送器件，所述信号传递元件连接所述存储元件，用以传递所述高速差分数字信号。

10.一种应用权利要求1可调毛纽扣阵列数据接收装置实现数据接收的方法，其特征在于，应用于数据的高速接收，所述方法包括：

调节所述毛纽扣阵列的安装孔径参数，以适配所述可调毛纽扣阵列的安装参数与所述天线变频模块、所述子板模块；

以天线变频模块接收无线信号；

以模数转换子板采样处理所述无线信号，以获取并发送高速差分数字信号至所述控制与数据处理子板；

以控制与数据处理子板接收并传递所述高速差分数字信号；

以时钟管理与电源管理子板提供采样时钟、系统时钟和各类电源给所述模数转换子板及所述控制与数据管理子板。

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