CN205901714U - 一种s频段收发一体化处理器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种S频段收发一体化处理器，包括机箱，机箱内设置有数字信号处理单机和模拟通道收发单机，数字信号处理单机包括FMC数据采集子卡和信号处理母板，FMC数据采集子卡包括ADC模块和DAC模块，信号处理母板包括FPGA、DSP和ARM，DSP与FPGA之间通过DFE接口采用204A/B通信协议通信，数字信号处理单机对外接口采用两个微矩形连接器，模拟通道收发单机对外接口采用SMA‑K型头。本实用新型可一体完成前向S频段信号的下变频、放大、滤波；对前向中频信号进行ADC、数字下变频、解扩、解调、译码；对返向传输数据进行编码、调制，并通过DAC输出模拟返向中频信号；对返向中频信号进行上变频、放大，输出S频段射频信号。

Description

一种S频段收发一体化处理器

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体的涉及一种S频段收发一体化处理器。

背景技术

S频段信号是指频率范围在1.55—3.4GHz的电磁波频段，主要应用于中继、卫星通信、雷达等技术领域。S频段信号一般需要经变频、解调、解扩、译码等处理，现有技术中多是采用多种设备完成的，不仅功耗大、效率低，而且通用性差。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型在现有技术基础之上作进一步改进，本实用新型涉及一种S频段收发一体化处理器，本实用新型能够在数字域上完成数字下变频以及解调/解扩/译码等功能，同时可以接收上位机数据，并将其编码、调制、上变频之S频段发射，其功耗小，信号处理效率高，通用性强。

本实用新型通过以下技术方案实现上述实用新型目的。

一种S频段收发一体化处理器，包括机箱，所述机箱内设置有数字信号处理单机和模拟通道收发单机，所述数字信号处理单机包括FMC数据采集子卡和信号处理母板，所述FMC数据采集子卡包括ADC模块和DAC模块，所述信号处理母板包括FPGA、DSP和ARM，所述DSP与FPGA之间通过DFE接口采用204A/B通信协议通信，所述数字信号处理单机对外接口采用两个微矩形连接器，所述模拟通道收发单机对外接口采用SMA-K型头。数据采集子卡采用标准FMC板型（单宽），板载1个中频信号采集通道，能实现对前向中频信号的采样。同时板载1个中频输出通道，通过DAC输出模拟返向中频信号。

S频段信号经过模拟通道收发单机下变频后送入ADC模块采样，采样后的数字信号送入FPGA处理。FPGA将处理后的数据送往DAC，DAC将数字信号合成模拟信号，再通过模拟通道收发单机上变频到S频段后发射。

本实用新型可一体完成前向S频段信号的下变频、放大、滤波；对前向中频信号进行ADC、数字下变频、解扩、解调、译码；对返向传输数据进行编码、调制，并通过DAC输出模拟返向中频信号；对返向中频信号进行上变频、放大，输出S频段射频信号。一体化程度高，数据传输速度快，所以其功耗小，信号处理效率高，通用性强。

进一步的，所述FPGA外部接有QDR芯片、FLASH芯片和RS422协议芯片，至少有一个FPGA的普通IO引脚作为监测点，对内部各模块工作状态进行监测，并将工作状态参数通过异步422串口上报。

进一步的，所述QDR芯片的RQ信号焊接有下拉电阻，用于印制板阻抗匹配。

进一步的，所述FPGA采用Xilinx公司的XC7K325T-2FBG900IXC7K325T芯片，包含350个HR接口、150个H该芯片包含16对GTX高速串行接口、500个通用IOP接口、326080个逻辑单元，资源丰富，满足本实用新型的信号处理要求，所述XC7K325T芯片的16对GTX接口中，8对用于FMC数据采集子卡的数据交互，6对用于光纤接口，2对用于与DSP的数据交互。

进一步的，所述数字信号与理单机设置为全双工模式，所述XC7K325T芯片对外引出4路同步RS422接口，其中两路用于设备外部接口，两路为用户后期开发使用。同步时钟不大于20MHz，传输速率最大10Mb/S。FPGA的IO信号线经过电平转换芯片，对外输出RS422标准差分信号。

进一步的，所述XC7K325T芯片的IO引脚连接有电平转换芯片，对外输出RS422标准差分信号。XC7K325T芯片还外接一片配置芯片，采用X1模式的主动串行加载模式启动，支持在线调试，上电后主动读取加载代码运行。XC7K325T要求的上电时序是VCCINT à VCCBRAMà VCCAUX à VCCAUX_IO à VCCO。VCCINT和VCCBRAM的电压相同或使用同一个电源供电时，可同时上电。VCCAUX、VCCAUX_IO、VCCO电压相同或是同一个电压供电时，可同时上电。

进一步的，所述DSP采用TI的66AK2L06-CMSA2芯片，所述66AK2L06芯片采用SGMII方式通过PHY芯片对外通信，用于数字信号处理单机对外通信，该芯片具有丰富的内部资源，与需要冷却功能的同类器件相比，自适应功率技术将66AK2L06的功率降低了50%，TI的开发工具和运行软件支持让多核ARM平台的迁移和开发比以往更加简单。MCSDK可提供对开源Linux以及TI ARM内核SYS/BIOSTM操作系统的支持。66AK2L06芯片内部具有四个千兆网络接口，对外采用SGMII方式通过PHY芯片对外通信，用于通用化数字信号处理单机对外通信。

进一步的，所述66AK2L06芯片的DDR专用控制器外部连接两个DDR3芯片，用于大数据量高速传输时的缓存，所述66AK2L06芯片的EMIF总线外部挂接一个FLASH芯片，用于数据代码存放。

进一步的，所述两个微矩形连接器分别为J30J-51连接器和J30J-25连接器，其中J30J-51连接器用于数据传输，并为该一体化处理器供电，J30J-25连接器用于数字信号处理单机中FPGA和DSP的JTAG口连接。将DSP的USB接口引出，方便用户后续开发使用，设计支持USB3.0标准，同时兼容USB2.0。

进一步的，所述J30J-51连接器与FPGA之间还设置有隔离芯片。

进一步的，所述66AK2L06芯片自身没有专用的视频接口，无法直接驱动外部显示器，因此需要将其数据总线连接至视频驱动芯片中进行处理，在对外输出至显示器。DSP通过EMIF16 8bit或16bit总线传给FPGA，FPGA完成数据格式转换发送给D/A，D/A把视频数据编码成VGA制视频通过DB15芯连接器发送出去。

进一步的，本实用新型还需要一片CPLD，完成上电时序控制、辅助控制等功能。考虑到该CPLD功能较简单，选用一片逻辑资源容量中等、通用IO口足够的CPLD即可。

进一步的，ADC采用的A/D转换芯片LTC2157IUP，采样精度为16-bit，采样率最大支持250Msps。电源采用高电源抑制比LDO来供电，以保证SNR、SFDR等性能。ADC前端采用两级变压器交流耦合，能提供高共模拟制比，有效抑制模拟信号共模噪声，同时保证稳定的带内平坦度。ADC输出数据及同步时钟通过FMC连接器连接到信号处理母板的FPGA，数字端设计充分考虑信号完整性设计，保证同步数据稳定传输到FPGA。ADC和DAC的参考时钟均来自信号处理母板。10MHz的外时钟（或内部晶振）输入信号处理母板，经过锁相环时钟驱动芯片后产生ADC和DAC需要的工作时钟，并通过高速FMC连接器的时钟管脚连接到ADC和DAC。

本实用新型与现有技术相比，至少具有以下益效果：

（1）本实用新型可一体完成前向S频段信号的下变频、放大、滤波；对前向中频信号进行ADC、数字下变频、解扩、解调、译码；对返向传输数据进行编码、调制，并通过DAC输出模拟返向中频信号；对返向中频信号进行上变频、放大，输出S频段射频信号。一体化程度高，数据传输速度快，所以其功耗小，信号处理效率高，通用性强。

（2）本实用新型FPGA的部分普通IO引脚作为监测点，对内部各模块工作状态进行监测，并将工作状态参数通过异步422串口上报。

（3）本实用新型的FPGA采用Xilinx公司的XC7K325T-2FBG900IXC7K325T芯片，其资源丰富，满足本实用新型的信号处理要求。

（4）本实用新型的DSP采用TI的66AK2L06-CMSA2芯片，该芯片具有丰富的内部资源，与需要冷却功能的同类器件相比，自适应功率技术将66AK2L06的功率降低了50%，TI的开发工具和运行软件支持让多核ARM平台的迁移和开发比以往更加简单。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型数字信号处理单机原理框图；

图3为本实用新型FPGA的设计框图；

图4为本实用新型FPGA的上电时序设计图；

图5为本实用新型DSP的设计框图；

图6为本实用新型DSP上电时序设计图；

图7为本实用新型CPLD对外控制原理框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1和图2所示，一种S频段收发一体化处理器，包括机箱，机箱内设置有数字信号处理单机和模拟通道收发单机，数字信号处理单机包括FMC数据采集子卡和信号处理母板， FMC数据采集子卡包括ADC模块和DAC模块，信号处理母板包括FPGA、DSP和ARM，所述DSP与FPGA之间通过DFE接口采用204A/B通信协议通信，数字信号处理单机对外接口采用两个微矩形连接器，模拟通道收发单机对外接口采用SMA-K型头。数据采集子卡采用标准FMC板型（单宽），板载1个中频信号采集通道，能实现对前向中频信号的采样。同时板载1个中频输出通道，通过DAC输出模拟返向中频信号。

S频段信号经过模拟通道收发单机下变频后送入ADC模块采样，采样后的数字信号送入FPGA处理。FPGA将处理后的数据送往DAC，DAC将数字信号合成模拟信号，再通过模拟通道收发单机上变频到S频段后发射。

本实用新型可一体完成前向S频段信号的下变频、放大、滤波；对前向中频信号进行ADC、数字下变频、解扩、解调、译码；对返向传输数据进行编码、调制，并通过DAC输出模拟返向中频信号；对返向中频信号进行上变频、放大，输出S频段射频信号。一体化程度高，数据传输速度快，所以其功耗小，信号处理效率高，通用性强。

实施例2：

本实施例是在上述实施例基础上做的进一步改进，如图1、图2、图5和图6所示，在本实施例中，FPGA采用Xilinx公司的XC7K325T-2FBG900IXC7K325T芯片，包含350个HR接口、150个H该芯片包含16对GTX高速串行接口、500个通用IOP接口、326080个逻辑单元，资源丰富，满足本实用新型的信号处理要求， XC7K325T芯片的16对GTX接口中，8对用于FMC数据采集子卡的数据交互，6对用于光纤接口，2对用于与DSP的数据交互。

FPGA外部接有QDR芯片、FLASH芯片和RS422协议芯片， FPGA的部分普通IO引脚作为监测点，对内部各模块工作状态进行监测，并将工作状态参数通过异步422串口上报。QDR芯片的RQ信号焊接有下拉电阻，用于印制板阻抗匹配。

数字信号与理单机设置为全双工模式， XC7K325T芯片对外引出4路同步RS422接口，其中两路用于设备外部接口，两路为用户后期开发使用。同步时钟不大于20MHz，传输速率最大10Mb/S。FPGA的IO信号线经过电平转换芯片，对外输出RS422标准差分信号。

XC7K325T芯片的IO引脚连接有电平转换芯片，对外输出RS422标准差分信号。XC7K325T芯片还外接一片配置芯片，采用X1模式的主动串行加载模式启动，支持在线调试，上电后主动读取加载代码运行。XC7K325T要求的上电时序是VCCINT à VCCBRAM à VCCAUXà VCCAUX_IO à VCCO。VCCINT和VCCBRAM的电压相同或使用同一个电源供电时，可同时上电。VCCAUX、VCCAUX_IO、VCCO电压相同或是同一个电压供电时，可同时上电。

实施例3：

本实施例是在上述实施例基础上做的进一步改进，如图1、图2图3和图4所示，在本实施例中， DSP采用TI的66AK2L06-CMSA2芯片， 66AK2L06芯片采用SGMII方式通过PHY芯片对外通信，用于数字信号处理单机对外通信，该芯片具有丰富的内部资源，与需要冷却功能的同类器件相比，自适应功率技术将66AK2L06的功率降低了50%，TI的开发工具和运行软件支持让多核ARM平台的迁移和开发比以往更加简单。MCSDK可提供对开源Linux以及TI ARM内核SYS/BIOSTM操作系统的支持。66AK2L06芯片内部具有四个千兆网络接口，对外采用SGMII方式通过PHY芯片对外通信，用于通用化数字信号处理单机对外通信。

66AK2L06芯片的DDR专用控制器外部连接两个DDR3芯片，用于大数据量高速传输时的缓存，所述66AK2L06芯片的EMIF总线外部挂接一个FLASH芯片，用于数据代码存放。

66AK2L06芯片自身没有专用的视频接口，无法直接驱动外部显示器，因此需要将其数据总线连接至视频驱动芯片中进行处理，在对外输出至显示器。DSP通过EMIF16 8bit或16bit总线传给FPGA，FPGA完成数据格式转换发送给D/A，D/A把视频数据编码成VGA制视频通过DB15芯连接器发送出去。

实施例4：

本实施例是在上述实施例基础上做的进一步改进，如图1、图2图3所示，在本实施例中，两个微矩形连接器分别为J30J-51连接器和J30J-25连接器，其中J30J-51连接器用于数据传输，并为该一体化处理器供电，J30J-25连接器用于数字信号处理单机中FPGA和DSP的JTAG口连接。将DSP的USB接口引出，方便用户后续开发使用，设计支持USB3.0标准，同时兼容USB2.0。J30J-51连接器与FPGA之间还设置有隔离芯片。

实施例5：

本实施例是在上述实施例基础上做的进一步改进，如图7所示，在本实施例中，本实用新型还需要一片CPLD，完成上电时序控制、辅助控制等功能。考虑到该CPLD功能较简单，选用一片逻辑资源容量中等、通用IO口足够的CPLD即可。

实施例6：

本实施例是在上述实施例基础上做的进一步改进，如图1、图2所示，在本实施例中，ADC采用的A/D转换芯片LTC2157IUP，采样精度为16-bit，采样率最大支持250Msps。电源采用高电源抑制比LDO来供电，以保证SNR、SFDR等性能。ADC前端采用两级变压器交流耦合，能提供高共模拟制比，有效抑制模拟信号共模噪声，同时保证稳定的带内平坦度。ADC输出数据及同步时钟通过FMC连接器连接到信号处理母板的FPGA，数字端设计充分考虑信号完整性设计，保证同步数据稳定传输到FPGA。ADC和DAC的参考时钟均来自信号处理母板。10MHz的外时钟（或内部晶振）输入信号处理母板，经过锁相环时钟驱动芯片后产生ADC和DAC需要的工作时钟，并通过高速FMC连接器的时钟管脚连接到ADC和DAC。

如上所述，可较好的实施本实用新型。

Claims (10)

1.一种S频段收发一体化处理器，其特征在于：包括机箱，所述机箱内设置有数字信号处理单机和模拟通道收发单机，所述数字信号处理单机包括FMC数据采集子卡和信号处理母板，所述FMC数据采集子卡包括ADC模块和DAC模块，所述信号处理母板包括FPGA、DSP和ARM，所述DSP与FPGA之间通过DFE接口采用204A/B通信协议通信，所述数字信号处理单机对外接口采用两个微矩形连接器，所述模拟通道收发单机对外接口采用SMA-K型头。

2.根据权利要求1所述的S频段收发一体化处理器，其特征在于：所述FPGA外部接有QDR芯片、FLASH芯片和RS422协议芯片，至少有一个FPGA的普通IO引脚作为监测点。

3.根据权利要求2所述的S频段收发一体化处理器，其特征在于：所述QDR芯片的RQ信号焊接有下拉电阻，用于印制板阻抗匹配。

4.根据权利要求1所述的S频段收发一体化处理器，其特征在于：所述FPGA采用XC7K325T芯片，所述XC7K325T芯片的16对GTX接口中，8对用于FMC数据采集子卡的数据交互，6对用于光纤接口，2对用于与DSP的数据交互。

5.根据权利要求4所述的S频段收发一体化处理器，其特征在于：所述数字信号与理单机设置为全双工模式，所述XC7K325T芯片对外引出4路同步RS422接口，其中两路用于设备外部接口，两路为用户后期开发使用。

6.根据权利要求5所述的S频段收发一体化处理器，其特征在于：所述XC7K325T芯片的IO引脚连接有电平转换芯片，对外输出RS422标准差分信号。

7.根据权利要求1所述的S频段收发一体化处理器，其特征在于：所述DSP采用66AK2L06芯片，所述66AK2L06芯片采用SGMII方式通过PHY芯片对外通信，用于数字信号处理单机对外通信。

8.根据权利要求7所述的S频段收发一体化处理器，其特征在于：所述66AK2L06芯片的DDR专用控制器外部连接两个DDR3芯片，用于大数据量高速传输时的缓存，所述66AK2L06芯片的EMIF总线外部挂接一个FLASH芯片，用于数据代码存放。

9.根据权利要求1所述的S频段收发一体化处理器，其特征在于：所述两个微矩形连接器分别为J30J-51连接器和J30J-25连接器，其中J30J-51连接器用于数据传输，并为该一体化处理器供电，J30J-25连接器用于数字信号处理单机中FPGA和DSP的JTAG口连接。

10.根据权利要求9所述的S频段收发一体化处理器，其特征在于：所述J30J-51连接器与FPGA之间还设置有隔离芯片。