CN215934842U

CN215934842U - 一种多功能宽带vpx接收系统

Info

Publication number: CN215934842U
Application number: CN202121260406.5U
Authority: CN
Inventors: 王洪英
Original assignee: Sichuan Zhongxin Weidian Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Sichuan Zhongxin Weidian Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2031-06-07

Abstract

本实用新型针对需要对2‑18GHz的信号转换为中频信号的过程进行检测的需求，设置了控制与信号处理单元的ADC模块通过检波模块对变频通道单元进行信号的采集，并进行检测和上报。本实用新型实现了对变频通道单元的检测和上报。

Description

一种多功能宽带VPX接收系统

技术领域

本实用新型属于通信信号接收转换技术领域，具体地说，涉及一种多功能宽带VPX接收系统。

背景技术

在无人机载通信系统中，用于宽带接收的组件包含很多功能性指标，要求具备多通道通信处理能力，具备幅度、相位校正/自检功能，具备幅度自检信号测试点，并可通过ADC采集后由CAN总线上报自检结果。

随着无人机的功能扩展和性能要求越来越高，无人机的电磁环境越来越复杂，往往对接收组件的抗干扰的能力越来越强的要求，同时又要做好电磁屏蔽，防止电磁泄漏干扰其它电子系统。无人机的飞行海拔高度往往非常高，需保证在低气压下接收组件能够正常工作。无人机的载重要求越来越高，要求接收组件的设计轻量化，降低对无人机的称重能力。

针对2-18GHz宽带接收组件，在无人机通信领域中，当在接收组件工作海拔高度10000米以上时，要求其同时具备多通道通信处理能力，具备幅度、相位校正/自检功能，具备幅度自检信号测试点，并可通过ADC采集后由CAN总线上报自检结果功能。

需要对2-18GHz的信号转换为中频信号的过程进行检测。

实用新型内容

本实用新型针对需要对2-18GHz的信号转换为中频信号的过程进行检测的需求，设置了控制与信号处理单元的ADC模块通过检波模块对变频通道单元进行信号的采集，并进行检测和上报。本实用新型实现了对变频通道单元的检测和上报。

本实用新型具体实现内容如下：

本实用新型提出了一种多功能宽带VPX接收系统，与上位机连接，接收2-18GHz频率的信号，并转换为中频信号发出，所述多功能宽带VPX接收系统包括控制及信号处理单元、变频通道单元；

所述变频通道单元的输入端连接2-18GHz频率的信号，输出端发出中频信号；

所述控制及信号处理单元包括FPGA主控模块、ARM处理模块、ADC模块、内部射频组件控制模块、CAN转换和隔离模块；

在所述变频通道单元的输入端还设置有检波模块；所述变频通道单元通过检波模块与ADC模块连接，并用过ADC模块与FPGA主控模块连接；所述FPGA模块分别与ARM处理模块、内部射频组件控制模块连接；

所述ARM处理模块通过CAN转换和隔离模块与上位机连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述变频通道单元包括依次连接的第二选择开关、低噪声下变频放大器LNA、第一混频器、第一滤波器、均衡器、第一放大器、第二混频器、第二滤波器、数控衰减器、第二放大器和耦合器；

所述低噪声下变频放大器LNA的输入端通过所述第二选择开关与两个并联的开关滤波器组连接；

所述耦合器的输出端发出所述中频信号；

每组变频通道单元中还包括第三放大器、第四放大器；

所述第三放大器的输入端连接LO1本振信号，输出端与所述第一混频器连接；

所述第四放大器的输入端连接LO2本振信号，输出端与所述第二混频器连接；

所述耦合器通过检波模块与所述控制及信号处理单元的ADC模块连接。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，还包括供电模块，所述供电模块包括依次连接的电源过流过压保护单元、EMI滤波单元和电源转换单元，所述电源过流过压保护单元接收电源，并经过EMI滤波单元进行滤波后传输到电源转换单元转换为控制及信号处理单元、变频通道单元使用的芯片内部电源。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述供电模块还包括电流电压温度检测单元，所述电流电压温度检测单元连接在EMI滤波单元和电源转换单元之间。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述FPGA主控模块上设置有MLVDS转换单元。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述FPGA主控模块上设置有LVDS转换单元。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述FPGA主控模块上设置有Flash模块。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述FPGA主控模块和ARM处理模块上设置有时钟同步单元、JTAG调试单元和RS232转换单元。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述FPGA主控模块上还设置有晶振单元。

为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述FPGA主控模块上还设置有自检接口单元。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

实现了对温度、数控衰减器的状态、输入电源状态、输入频段码和电流等的监控。

附图说明

图1为本实用新型的总模块示意图；

图2为本实用新型的单个变频通道单元的模块示意图；

图3为本实用新型FPGA主控模块和ARM处理模块的处理器连接框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1：

本实施例提出了一种多功能宽带VPX接收系统，与上位机连接，接收2-18GHz频率的信号，并转换为中频信号发出，如图1所示，所述多功能宽带VPX接收系统包括控制及信号处理单元、变频通道单元；

所述ARM处理模块通过CAN转换和隔离模块与上位机连接。

工作原理：

实施例2：

本实施例在上述实施例1的基础上，如图2所示，为了更好地实现本实用新型，进一步地，所述变频通道单元包括依次连接的第二选择开关、低噪声下变频放大器LNA、第一混频器、第一滤波器、均衡器、第一放大器、第二混频器、第二滤波器、数控衰减器、第二放大器和耦合器；

所述耦合器的输出端发出所述中频信号；

每组变频通道单元中还包括第三放大器、第四放大器；

工作原理：

本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，为了更好地实现本实用新型，进一步地，还包括供电模块，所述供电模块包括依次连接的电源过流过压保护单元、EMI滤波单元和电源转换单元，所述电源过流过压保护单元接收电源，并经过EMI滤波单元进行滤波后传输到电源转换单元转换为控制及信号处理单元、变频通道单元使用的芯片内部电源。

进一步地，所述供电模块还包括电流电压温度检测单元，所述电流电压温度检测单元连接在EMI滤波单元和电源转换单元之间。

进一步地，所述FPGA主控模块上设置有MLVDS转换单元。

进一步地，所述FPGA主控模块上设置有LVDS转换单元。

进一步地，所述FPGA主控模块上设置有Flash模块。

进一步地，所述FPGA主控模块和ARM处理模块上设置有时钟同步单元、JTAG调试单元和RS232转换单元。

进一步地，所述FPGA主控模块上还设置有晶振单元。

进一步地，所述FPGA主控模块上还设置有自检接口单元。

本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上，本实施例中设置四个变频通道单元，四个变频通道单元分别通过各自的检波器与ADC模块连接；

如图3所示，处理器部分主要实现外部信号的通信、内部射频组件的控制，检波信号的采样、分析及上报，外部通信接口包含MLVDS，离散输入输出、LVDS、CAN、RS232等接口，内部信号包含离散输入输出、SPI总线等，选用Xilinx公司的Spartan-6系列FPGA和ST公司的ARM处理器（STM32F407），组合实现数字处理板的功能。

FPGA主控模块采用Spartan®-6系列，其不仅拥有业界领先的系统集成能力，同时还能实现于大批量应用的最低总成本。该系列由13个成员组成，可提供的密度从3,840到147,443个逻辑单元不等，与上一代Spartan系列相比，该系列功耗仅为其50%，且速度更快，连接功能更丰富全面。Spartan-6系列采用成熟的45nm低功耗铜制程技术制造，实现了性价比与功耗的完美平衡，能够提供了全新且更高效的双寄存器6输入查找表（LUT）逻辑和一系列丰富的内置系统级模块，其中包括18 Kb（2×9 Kb）块RAM、第二代DSP48A1 slice、SDRAM存储器控制器，增强型混合模式时钟管理模块，SelectIO™技术、功耗优化的高速串行收发器模块，高级系统级电源管理模式，自动检测配置选项，以及通过AES和Device DNA保护功能实现的增强型IP安全性。这些优异特性以前所未有的易用性为定制ASIC产品提供了低成本的可编程替代方案。Spartan-6 FPGA可为大批量逻辑设计，以消费类为导向的DSP设计以及对成本敏感型嵌入式应用提供最佳解决方案。Spartan-6 FPGA奠定了坚实的可编程芯片基础，分成适用于可提供集成的软硬件组件的目标设计平台，以使设计人员可以在开发工作启动之初即可将精力集中到创新工作上。

FPGA功能主要功能如下：

a)对四路射频检波进行ADC采样；

b)完成射频组件的控制；

c)完成MLVDS、RS232、LVDS通信、离散线的接收控制功能；

d)完成与ARM的交互。

根据FPGA实现需求，选用FPGA具体型号为XC6SLX45-2CSG484I，其配置如下：

a)可编程逻辑单元：43,661；

b)Slices：6,822；

c)RAM块资源：2,088Kb；

d)数字信号处理DSP48E1资源：58；

e)时钟管理单元（CMT）：4；

f)GPIO单元：320；

g)支持JTAG调试。

FPGA的配置Flash选用Q-SPI flash，上电后FPGA会主动读取Flash程序数据。存储器选用CYPRESS的S25FL-S系列flash，它是一款基于65纳米nor技术的串行闪存芯片，具有先进的写保护机制，以及一个高速SPI兼容总线，创新的、高性能、双路和四路输入/输出指令提供双倍或四倍的读取或编程带宽，该存储器的64KB为一个扇区，扇区被进一步分成16个子扇区。内存的擦写容量可选64KB、256KB或全部三种方式。flash型号选用S25FL128SAGMFIR01，容量为128Mbit。

FPGA输入时钟由晶振直接提供，选择北京晶宇兴公司生产的XO75系列晶振，晶振型号为：XO75-YACTC-25MHz，封装尺寸为5.0×7.0×13.2mm。

本方案选用的本地主时钟晶振XO75系列，该晶振具有精度高、低抖动、低相噪的特点，加电后即有稳定的频率信号输出，恒温晶振是用控温的方法控制石英晶体谐振器的环境温度变化，改善频率温度特性的振荡器，特点为：

频率：25MHz；

频率稳定度：±50PPM；

温度范围：-40℃～85℃；

工作电压：3.3V/5V；

工作电流：≤20mA；

输出信号：方波输出；

占空比：50%±5%。

FPGA复位信号采用CATALYST公司的CAT811系列芯片产生，该芯片具备产生上电自复位信号的能力，同时具备手动复位输入的功能。在电源电压低于最小门限值的情况下，CAT811持续输出低电平复位信号；当电源电压升高大于最小门限值后，CAT811输出不低于140ms的复位信号。CAT811系列不同型号尾缀，代表了不同的最小门限电压。

根据CAT811最小门限电压尾缀表，管理控制模块选用了CAT811S作为FPGA单元复位芯片，其最小门限电压为2.93V，低于3.3V工作电压，防止由于电源输入电压微小波动时造成系统的意外复位

设计加载成功标志DONE连接到复位芯片CAT811的MR管脚，RST信号连接到FPGA的全局管脚，产生一个可靠的上电复位信号，保证FPGA能正常运行程序。

ARM处理模块主要实现CAN通信，选用ST公司的STM32F407VET6，STM32F407提供了工作频率为168 MHz的Cortex™-M4内核（具有浮点单元）的性能。在168 MHz频率下，从Flash存储器执行时，STM32F407/417单片机能够提供210 DMIPS/566 CoreMark性能，并且利用意法半导体的ART加速器实现了FLASH零等待状态。DSP指令和浮点单元扩大了产品的应用范围。该系列产品采用意法半导体90 nm工艺和ART加速器，具有动态功耗调整功能，能够在运行模式下和从Flash存储器执行时实现低至238 µA/MHz的电流消耗（@ 168 MHz）。STM32F407产品系列具有512KB~1MB Flash和192KB SRAM，采用尺寸小至10 x 10 mm的100~176引脚封装。

ARM的外设资源有：

a)2个USB OTG（其中一个支持HS）；

b)通信接口多达15个（包括6个速度高达11.25 Mb/s的USART、3个速度高达45 Mb/s的SPI、3个I²C、2个CAN和1个SDIO）；

c)模拟：2个12位DAC、3个速度为2.4 MSPS或7.2 MSPS（交错模式）的12位ADC；

d)定时器多达17个：频率高达168 MHz的16和32位定时器；

e)可以利用支持Compact Flash、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存储器的灵活静态存储器控制器轻松扩展存储容量；

f)基于模拟电子技术的真随机数发生器。

ARM与FPGA间采用四线制SPI进行数据交互，ARM作为主设备FPGA作为重设备；FPGA产生ARM的复位信号，并设计ARM看门狗功能，两个处理器之间预留24路GPIO通信接口。

数字处理板与射频组件间的通信控制采用FPGA的IO口，所有通信控制口采用3.3V电平形式，由于有开关滤波器组、数控衰减器、移相器的控制。

数字处理板内部状态主要有电源电压、电流和环境温度，采用温度电压采集芯片LTC2991（linear）完成，它是一款8通道的监控电路，内置一个本地温度传感器，具有串联电阻消除功能，具备双线I2C串行接口。LTC2991用于监控电路系统的电压、电流及温度。8个通道可以分别监控8个器件的电源电压，也可以配置为4路差分输入用于监控4个器件的温度或者电流。电路内部包含温度检测、Σ-ΔADC、基准单元、欠压检测、脉宽检测、数据寄存器、及总线接口单元具有PWM输出功能。可应用与温度测量、电源电压监控、电流测量及环境监控系统。

检波信号的采样由analog公司的高速ADC（AD9280）完成，它是一款单芯片、8位、32MSPS模数转换器，采用单电源供电，内置一个片内采样保持放大器和基准电压源。它采用多级差分流水线架构，数据速率达32 MSPS，在整个工作温度范围内保证无失码。采样保持放大器（SHA）既适用于在连续通道中切换满量程电平的多路复用系统，也适合采用最高Nyquist速率及更高的频率对单通道输入进行采样。利用片上钳位电路，可以使交流耦合输入信号偏移到预定电平，动态性能极为出色。AD9280具有一个片上可编程基准电压源。也可以选用外部基准电压，以满足应用的直流精度与温度漂移要求。采用一个单时钟输入来控制所有内部转换周期。数字输出数据格式为标准二进制。超量程（OTR）信号表示溢出状况，可由最高有效位来确定是下溢还是上溢。AD9280采用+2.7 V至+5.5 V电源供电，非常适合高速应用中的低功耗操作。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种多功能宽带VPX接收系统，与上位机连接，接收2-18GHz频率的信号，并转换为中频信号发出，其特征在于，包括控制及信号处理单元、变频通道单元；

所述ARM处理模块通过CAN转换和隔离模块与上位机连接。

2.如权利要求1所述的一种多功能宽带VPX接收系统，其特征在于，所述变频通道单元包括依次连接的第二选择开关、低噪声下变频放大器LNA、第一混频器、第一滤波器、均衡器、第一放大器、第二混频器、第二滤波器、数控衰减器、第二放大器和耦合器；

所述耦合器的输出端发出所述中频信号；

每组变频通道单元中还包括第三放大器、第四放大器；

3.如权利要求1所述的一种多功能宽带VPX接收系统，其特征在于，还包括供电模块，所述供电模块包括依次连接的电源过流过压保护单元、EMI滤波单元和电源转换单元，所述电源过流过压保护单元接收电源，并经过EMI滤波单元进行滤波后传输到电源转换单元转换为控制及信号处理单元、变频通道单元使用的芯片内部电源。

4.如权利要求3所述的一种多功能宽带VPX接收系统，其特征在于，所述供电模块还包括电流电压温度检测单元，所述电流电压温度检测单元连接在EMI滤波单元和电源转换单元之间。

5.如权利要求1所述的一种多功能宽带VPX接收系统，其特征在于，所述FPGA主控模块上设置有MLVDS转换单元。

6.如权利要求1所述的一种多功能宽带VPX接收系统，其特征在于，所述FPGA主控模块上设置有LVDS转换单元。

7.如权利要求1所述的一种多功能宽带VPX接收系统，其特征在于，所述FPGA主控模块上设置有Flash模块。

8.如权利要求1所述的一种多功能宽带VPX接收系统，其特征在于，所述FPGA主控模块和ARM处理模块上设置有时钟同步单元、JTAG调试单元和RS232转换单元。

9.如权利要求1所述的一种多功能宽带VPX接收系统，其特征在于，所述FPGA主控模块上还设置有晶振单元。

10.如权利要求1所述的一种多功能宽带VPX接收系统，其特征在于，所述FPGA主控模块上还设置有自检接口单元。