基於pxi總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊的製作方法

2023-05-20 18:11:06

專利名稱：基於pxi總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種實時測量矢量分析模塊，特別是一種基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊。
背景技術：
自PXI總線技術問世以來，基於PXI總線的自動測試系統得到廣泛的應用和迅速的發展。諸如2002年10期出版的《電子設計技術》第114頁介紹了 NI公司最新推出對9kHz至 2. 7GHz的射頻信號進行測量的PXI-5660矢量信號分析儀。該儀器包含一個2. 7GHz的數字式下變頻器、IF數位化電路以及用於LabVIEW和LabWindow/CVI的頻譜測量工具(SMT)。 該分析儀做頻譜測量將射頻信號下變頻到中頻，通過抗混疊濾波器在中頻進行數字採樣。 採樣的數位訊號通過數字正交分解、濾波、抽取和內插後，再經過快速傅立葉變換(Fast Fourier Transform，FFT)將信號從時域變換到頻域，完成信號頻譜測量。數位訊號處理器做FFT運算速度遠慢於信號的採集速度，當瞬時動態信號出現在信號處理時間，瞬時信號被丟失，可見PXI-5660矢量信號分析儀缺乏時瞬時動態射頻信號進行測量的能力。國內目前的PXI平臺的產品中，以PXI數據採集設備和產生設備居多，如PXI數據採集卡、PXI波形發生器等，這類基於PXI總線的應用簡單。國內基於PXI總線的頻譜分析模塊也僅有中電41所AV6951型號PXI射頻頻譜分析儀，但最大分辨力帶寬只有1M，不能滿足現代通信信號大寬帶發展方向的需求。
發明內容本實用新型的目的就是為了克服上述已有技術的不足，提供一種設計合理，能滿足對通信信號頻域的大覆蓋範圍觀察需求的基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊。為了達到上述目的，本實用新型採用的技術方案是—種基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊，包括有PXI接口和中頻信號處理電路1，模數轉換電路2，接收機電路3、頻率合成器電路4連同外設的插卡E， 相結合構成一個模塊化結構整體。其中所述PXI接口和中頻信號處理電路1，又包括有PCI接口晶片Ul，FPGA晶片U2， SDRAM晶片U3，DDC晶片U4和時鐘晶片U6，採用PCI+FPGA架構，且Ul型號為PCI9030，它符合PCIV2. 2規範的32位33MHZ從者晶片，能使PCI啐發傳輸速度高達132MB/S，支持本地總線多路復用和非多路復用32位地址/數據協議；U2型號為)(C3SD1800A，它在PXI總線中對觸發總線的電氣規範要求，通過對FPGA的編程來完成觸發信號的響應和觸發信號的產生實現PXI接口 ；U3型號為HY5V52A，用於完成FPGA所需的大量的數位訊號的存儲和讀取操作；U4型號為HSP50016，用於完成對採樣後信號的數字下變頻處理；TO為本地時鐘晶片，提供適應PCI不同啐發傳輸速率的要求，以及DDC晶片、ADC晶片和PLL晶片的基準時鐘信號。所述模數轉換電路2，為ADC晶片U5，其型號為AD6645，將接收機電路3中U7晶片輸出的模擬信號轉換為數位訊號，並送至PXI接口和中頻信號處理電路1中的DDC晶片 U4，實現信號的數字域處理。所述接收機電路3，又包括有濾波器晶片U7、U8、U9和衰減器晶片U10，採用混頻+ 濾波結構，根據上層指令要求，該電路接收從頻率綜合器電路4中U15晶片、U12晶片和Ull 晶片輸出的三級本振信號，完成對輸入信號混頻後，實現模擬信號的下變頻。最後一級混頻濾波後的信號為IF信號，送至PXI接口和中頻信號處理電路1中的DDC晶片U4進行數字域處理。所述頻率合成器電路4，又包括PLL晶片Ull、U12和U17，LPF晶片U13，PD晶片 U14，YTO晶片U15和分頻器M/N晶片U16，採用三級PLL鎖相環架構，且PLL晶片U11、U12、 和U17均為頻率單點鎖定；LPF晶片U13，PD晶片U14，YT0晶片U15構成一個鎖定頻率可變的環路，根據上層指令要求，在可變的範圍內鎖定一個單點頻率，並送至接收機電路3與其所接收到的SRF射頻信號進行混頻。本實用新型於基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊的系統軟體主要包括上層軟體平臺和底層實時測控與數據分析處理兩大部分，採用模塊化的總體設計方法，由系統管理層統一進行調度，力求測控流程清晰簡捷。PXI總線是基於標準PC技術，用戶就可以使用熟悉的標準Windows軟體架構。基於Windows的PXI系統的開發和運行也就和基於Windows的標準PCI系統的開發和運行完全相同。此外，因為PXI背板使用工業標準的PCI總線，在許多情況下，編寫與PXI設備通信的軟體程序和編寫與PCI模塊通信的軟體程序是相同的。系統上層軟體採用基於Windows的編程平臺、先進的存儲管理機制實現人機互動及底層驅動。主要包括虛擬按鍵處理功能、顯示格式及數據處理功能、底層驅動/配置功能等。實時測控與數據分析處理部分利用FPGA開發工具，在實現多種測量、 數據處理功能的同時提供快速的實時測控，主要包括實時高速信息處理、實時校準與修正、 系統自檢及故障診斷等。綜上所述，本實用新型擁有如下7項顯著功能1、寬帶實時接收功能頻率綜合器和中頻濾波器的結合大大的提升了可觀測信號的帶寬，可以同時把實時帶寬達20MHZ的信號採集進來進行處理，20MHZ的實時帶寬延伸了 FFT分析和I-Q數字解調矢量分析的能力。2、實時頻譜測量功能ADC實時採集數據，並將數據存儲在內存中，對數據的每一幀，在時間上都是無縫的，(經過實時的、有效的觸發)，在DSP中進行數據運算，然後以多種顯示方式實時顯示出來。近似流水的操作保證了本設備的實時頻譜測量的強大功能。3、多種可選的顯示分析方式頻譜圖、光譜圖、瀑布圖、星座圖、眼圖、符合表等顯示能滿足用戶多角度觀察信號的需求。4、多觸發模式功能觸發對捕獲時域信息至關重要，PXI射頻頻譜分析儀提供了功率觸發、電平觸發等觸發方式，使系統能夠準確捕獲特徵信號，進行詳細分析。5、先進的系統總線平臺PXI總線結合了 PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard 機械封裝的特性，並增加了專門的同步總線和主要軟體特性，能夠以更快的速度，更好的兼容程度，更穩定的性能保證儀器設備運行的穩定性以及功能更新的及時性。6、矢量信號分析功能PXI射頻頻譜分析儀真正強大之處在於它分析隨時間變化的複雜信號的能力，分析項目包括EVM、載波洩漏、符號率、星座圖、頻率誤差、正交誤差、調製精度、失真測量等，通過矢量分析，用戶能快速評估和對數字調製信號進行差錯。7、數字存儲示波功能信號可以有選擇的經基帶信號調理電路調理，在觸發和時基控制等邏輯電路控制下，經高速採集變為數位訊號，存入海量存儲器中。通過對在數字域內，對信號進行濾波、線性內插等處理，準確顯示出信號的時域波形。此外，本實用新型基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊在工藝上採用低功耗整體布局設計，表面貼裝和「drop in」技術，使結構緊湊，布局合理，安裝巧妙，做到實現方式更加靈活，可擴展性更容易，完全滿足當前數字通信系統測試與分析的要求，適應通信技術發展的需要。

圖1為本實用新型整體電原理圖。圖中符號說明1為PXI接口和中頻信號處理電路，其中Ul是PCI接口晶片，U2是FPGA晶片，U3 是SDRAM晶片，U4是DDC晶片，U6是時鐘晶片；2為模數轉換電路，其中TO是ADC晶片；3為接收機電路，其中U7是IF濾波器晶片，U8和U9是濾波器晶片，UlO是衰減器晶片；4為頻率合成器電路，其中U11、U12和U17是PLL晶片，U13是LPF晶片，U14是PD 晶片，U15是YTO晶片，U16是分頻器M/N晶片。
具體實施方式
請參閱圖1所示，為本實用新型具體實施例。從圖1可以看出本實用新型包括有PXI接口和中頻信號處理電路1，模數轉換電路2，接收機電路3，頻率合成器電路4連同外設的插卡E，相結合構成一個模塊化結構整體， 其中所述PXI接口和中頻信號處理電路1為PCI+FPGA和DDC+FPGA架構，設置有PCI 接口晶片Ul，DDC晶片U4，FPGA晶片U2，SDRAM晶片U3和時鐘晶片U6，且PCI接口晶片的地址、數據和控制埠直接經插卡E與PXI總線相連接；PCI接口晶片Ul的HP埠與FPGA 晶片U2的FP埠直接呈雙向連接；DDC晶片U4的第7、9腳依次分別與FPGA晶片U2的第 11、12腳直接相連接；FPGA晶片U2的FD埠與SDRAM晶片U3相對應的埠直接呈雙向連接。所述模數轉換電路2，設置有ADC晶片U5，且ADC晶片U5的第8、3腳依次分別與 PXI接口和中頻信號處理電路1中DDC晶片U4的第5腳和時鐘晶片U6的第3腳直接相連接。所述接收機電路3，為3級混頻+3級濾波架構，設置有III、IK I 3個混頻器，3個濾波器晶片U7、U8和U9和1個衰減器晶片UlO，且衰減器晶片UlO和濾波器U9、U8及U7 依次與I、II、III混頻器呈級聯式連接，而濾波器晶片U7的第11腳與模數轉換電路2中ADC 晶片TO的第5腳直接相連接。所述頻率合成器電路4，為3級PLL鎖相環架構，設有3個PLL晶片Ull、U12和 U17,1個LPF晶片U13，1個PD晶片U14，1個YTO晶片U15和1個Μ/Ν晶片U16，且PLL晶片U17的第6腳同時分別與PLL晶片Ull和U12各自的第10腳及PD晶片U14的第5腳直接相連接；而YTO晶片U15的第2腳及PLL晶片U12和Ull各自的第12腳依次分別與接收機電路3中第I、II、ΙΙΙ混頻器的第8腳直接相連接。所述插卡E為3UPXI4槽位標準結構，設有2個連接器，其中1個為1槽位，提供32 為用於PCI局部總線定義的業務，另1個為3槽，提供用於64為PCI傳輸和實現PXI電氣
特性的業務。[0044]本實用新型的具體實施中的主要技術性能如下[0045]一、頻率特性[0046]頻率範圍IOOkHz 3GHz[0047]最大分析帶寬20MHz[0048]解析度帶寬(RBW)IHz 3MHz，1-3-10 步進[0049]輸入功率範圍(連續)-120dBm +3OdBm[0050]RF輸入衰減0 5OdB (IOdB 步進)[0051]二、射頻信號變頻[0052]第一本振3.2814 6. 2814GHz[0053]第二本振3. OGHz[0054]第三本振260MHz[0055]輸出第三中頻21. 4MHz輸出，最大帶寬20MHz[0056]三、數字中頻處理[0057]FFT分析幀長度最大4096[0058]測量顯示格式頻譜圖[0059]以上實施例，為本實用新型較佳的實施例，用以說明本實用新型的技術特徵和可
實施例，並非用以限定本實用新型的申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術領域的專業人士應可明了並加以實施。因此，其他在未脫離本實用新型所揭示的前提下，完成的等效的改變或修飾，均包含在所述的申請專利範圍內。 本實用新型為一個不可多得的基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊，具有創造性、新穎性、實用性和進步性，符合實用新型專利申請要件，故依專利法提出申請。
權利要求1.基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊，包括有PXI接口和中頻信號處理電路(1)，模數轉換電路(2)，接收機電路(3)，頻率合成器電路(4)連同外設的插卡 E，相結合構成一個模塊化結構整體，其特徵是；所述PXI接口和中頻信號處理電路(1)為PCI+FPGA和DDC+FPGA架構，設置有PCI 接口晶片Ul，DDC晶片U4，FPGA晶片U2，SDRAM晶片U3和時鐘晶片U6，且PCI接口晶片的地址、數據和控制埠直接經插卡E與PXI總線相連接；PCI接口晶片Ul的HP埠與FPGA 晶片U2的FP埠直接呈雙向連接；DDC晶片U4的第7、9腳依次分別與FPGA晶片U2的第 11、12腳直接相連接；FPGA晶片U2的FD埠與SDRAM晶片U3相對應的埠直接呈雙向連接。
2.如權利要求1所述的基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊，其特徵是所述模數轉換電路(2)，設置有ADC晶片U5，且ADC晶片U5的第8、3腳依次分別與PXI接口和中頻信號處理電路(1)中DDC晶片U4的第5腳和時鐘晶片U6的第3腳直接相連接。
3.如權利要求1所述的基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊，其特徵是所述接收機電路(3)，為3級混頻+3級濾波架構，設置有III、II、I 3個混頻器，3個濾波器晶片U7、U8和U9和1個衰減器晶片UlO，且衰減器晶片UlO和濾波器U9、U8及U7依次與I、II、III混頻器呈級聯式連接，而濾波器晶片U7的第11腳與模數轉換電路(2)中ADC 晶片TO的第5腳直接相連接。
4.如權利要求1所述的基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊，其特徵是所述頻率合成器電路(4)，為3級PLL鎖相環架構，設有3個PLL晶片U11、U12和 U17,1個LPF晶片U13，1個PD晶片U14，1個YTO晶片U15和1個M/N晶片U16，且PLL晶片U17的第6腳同時分別與PLL晶片Ull和U12各自的第10腳及PD晶片U14的第5腳直接相連接；而YTO晶片U15的第2腳及PLL晶片U12和Ull各自的第12腳依次分別與接收機電路(3)中第I、II、III混頻器的第8腳直接相連接。
專利摘要本實用新型為一種基於PXI總線的射頻實時測量矢量分析插卡式結構模塊，包括有PXI接口和中頻信號處理電路(1)，模數轉換電路(2)，接收機電路(3)，頻率合成器電路(4)連同外設的插卡E，相結合構成一個模塊化結構整體。依據上層軟體平臺和底層實時測控與數據分析處理兩大部分，採用模塊的整體設計方法，利用FPGA開發工具，在實現射頻頻譜實時測量、矢量信號分析、多種顯示選擇、數據處理功能的同時提供快速實時測控，諸如實時高速信息處理，實時校準與修正，系統自檢及故障診斷等，具有設計合理、結構緊湊、布局有序、安裝巧妙、使用方便、工作可靠等特點。
文檔編號H04B17/00GK202309726SQ20112042814
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者劉建國, 吳成海, 吳紹煒, 周亮, 孫德福, 嶽發義, 張兵志, 曹維, 王戰軍, 王繼迎, 王茜, 秦開宇, 羅志才, 範喜全, 金燕華, 閻嘯 申請人:中國人民解放軍63963部隊, 成都奧特為電子科技公司