時域和頻域綜合測試裝置製造方法
2023-10-06 03:40:19
時域和頻域綜合測試裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種測試裝置，尤其涉及一種電子測量儀器領域的時域、頻域綜合測試裝置。本發明的時域和頻域綜合測試裝置，包括前端信號鏈、採樣及成像模塊、數據交換模塊、主控模塊、顯示及用戶交互模塊、接口及擴展模塊、電源模塊、頻譜分析模塊、RF程控調理模塊，前端信號鏈通過採樣及成像模塊與數據交換模塊通信，RF程控調理模塊通過頻譜分析模塊與主控模塊通信，數據交換模塊分別與主控模塊、顯示及用戶交互模塊、接口及擴展模塊、電源模塊電連接。能為用戶有選擇的擴展測試功能，同時可觀測時域和頻域信號，觀察任何時點上的RF頻譜，觀看頻譜隨時間或隨器件狀態的變化。
【專利說明】時域和頻域綜合測試裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測試裝置，尤其涉及一種電子測量儀器領域的時域、頻域綜合測
試裝置。
【背景技術】
[0002]電子測量儀器領域需一種既有示波器功能觀測中低頻信號，又有頻譜分析儀功能觀測高頻信號。滿足時域、頻域綜合測試需求且性價比高的測試設備，它能快速獲取時域、頻域波形及相關參數指標，來準確判斷設備工作狀態的正常與否，並將這些測試數據生成測試文本進入計算機交互管理體系。美國TEK公司2011年最新推出的MD04000混合域示波器，同時具備時域、頻域、時頻域等多域波形測試功能。MD04 000突破了時域和頻域間的障礙，它從根本上改變了 RF設計調試，在RF設計調試中，工程師需要將頻域中的事件與引起這些事件的時域現象關聯起來，混合信號示波器(MSO)如同是嵌入式設計測試的標準工具。混合域示波器將成為需求日益增加的帶有RF功能設計的新標準。為突破國外技術壁壘，國內需研製一種時域頻域綜合測試的裝置。
【發明內容】
[0003]本發明的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種時域和頻域綜合測試裝置，其能為用戶有選擇的擴展測試功能，同時可觀測時域和頻域信號。
[0004]為實現上述目的，本發明採用如下技術方案:其包括前端信號鏈、採樣及成像模塊、數據交換模塊、主控模塊、顯示及用戶交互模塊、接口及擴展模塊、電源模塊、頻譜分析模塊、RF程控調理模塊，前端信號鏈通過採樣及成像模塊與數據交換模塊通信，RF程控調理模塊通過頻譜分析模塊與主控模塊通信，數據交換模塊分別與主控模塊、顯示及用戶交互模塊、接口及擴展模塊、電源模塊電連接。
[0005]本系統採用模塊化的思路設計實現。信號接入示波器後，首先進入前端信號鏈，對信號進行衰減、放大、濾波等環節，轉換為符合ADC輸入要求的信號，送入採樣及成像模塊。後者是整個系統的核心模塊，其功能是通過ADC將信號量化取樣轉換為數位訊號，將數位訊號存儲並通過數字螢光成像引擎轉換為波形圖像輸出。每個模塊可以接受兩個通道的數據處理，因此系統共需要兩個同樣的採樣及成像模塊。兩個模塊的數據經過數據交換模塊匯總並輸出至顯示及用戶交互模塊，向用戶呈現出波形圖像。該過程由主控計算機控制，主控計算機的控制指令和數據亦通過數據交換模塊傳達給採樣及成像模塊。RF信號接入RF通道後，經RF程控調理電路、頻譜分析模塊，模塊的數據經過數據交換模塊匯總並輸出至顯示及用戶交互模塊，向用戶呈現出頻譜分析圖像，電源模塊為系統提供可靠穩定的電源。
[0006]前端信號鏈包括轉換開關、阻抗轉換器、程控衰減器、程控衰減模塊、程控增益模塊、數模轉換器，模擬輸入信號連接轉換開關後分別通過阻抗轉換器、程控衰減器處理，通過轉換開關與程控衰減模塊連接，程控衰減模塊與程控增益模塊電連接，數模轉換器分別與程控衰減模塊、程控增益模塊電連接。[0007]採樣及成像模塊包括雙通道模數轉換器、00^2-801^1存儲器模組、001^2-81^1存儲器、加密協議晶片、衝以模塊，雙通道模數轉換器、0082-30狀1存儲器模組、卯以-3狀1存儲器、加密協議晶片分別與？?以模塊電連接。？？以模塊包括採樣控制器、存儲管理器、高速數字螢光波形成像引擎、串化/解串器、隨機數生成器、加密選件管理器，採樣控制器通過存儲管理器與高速數字螢光波形成像引擎電連接，高速數字螢光波形成像引擎分別連接串化/解串器、卯以-3狀1存儲器、波形運算處理器，採樣控制器連接觸發控制器，存儲管理器分別連接存儲控制器、叩I引擎，存儲控制器與0082-30狀1存儲器模組連接，串化/解串器連接指令解碼器，隨機數生成器與加密選件管理器電連接，加密選件管理器與加密協議晶片電連接。
[0008]數據交換模塊包括串行化/解串行單元、數據交換單元、指令解析器、視頻圖像疊加單元、？總線橋，串行化/解串行單元分別與數據交換單元、指令解析器電連接，數據交換單元、指令解析器分別與總線橋電連接，數據交換單元與視頻圖像疊加單元電連接。
[0009]頻譜分析模塊包括衰減器、低通濾波器、混頻器、中頻濾波器、模數轉換模塊、數據處理及交換系統、可變本振發生器，衰減器通過低通濾波器連接混頻器，混頻器依次通過中頻濾波器、模數轉換模塊與數據處理及交換系統連接，數據處理及交換系統通過可變本振發生器反饋回混頻器。
[0010]本發明採用嵌入式多處理器和？？以為主控管理器，採用11^(10舊作業系統，構建一臺不受形式和功能限制的具有示波器、頻譜分析儀等功能可攜式時域頻域綜合測試裝置，可根據用戶的測試需求對測試系統靈活組態，度身訂製測試系統，且系統本身預留的功能擴展接口卡，能為用戶有選擇的擴展測試功能，同時可觀測時域和頻域信號，觀察任何時點上的即頻譜，觀看頻譜隨時間或隨器件狀態的變化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明的整體模塊示意圖；
[0012]圖2為本發明的前端信號鏈模塊示意圖；
[0013]圖3為本發明的採樣及成像模塊示意圖；
[0014]圖4為本發明的數據交換模塊示意圖；
[0015]圖5為本發明的頻譜分析模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本發明的時域和頻域綜合測試裝置，包括前端信號鏈、採樣及成像模塊、數據交換模塊、主控模塊、顯示及用戶交互`模塊、接口及擴展模塊、電源模塊、頻譜分析模塊、即程控調理模塊，前端信號鏈通過採樣及成像模塊與數據交換模塊通信，即程控調理模塊通過頻譜分析模塊與主控模塊通信，數據交換模塊分別與主控模塊、顯示及用戶交互模塊、接口及擴展模塊、電源模塊電連接
[0017]示波器前端信號鏈，前端信號鏈實現了信號的放大、衰減、阻抗轉換、濾波等信號調理工作。該部分的原理框圖如圖2所示:
[0018]前端信號鏈包括轉換開關、阻抗轉換器、程控衰減器、程控衰減模塊、程控增益模塊、數模轉換器，模擬輸入信號連接轉換開關後分別通過阻抗轉換器、程控衰減器處理，通過轉換開關與程控衰減模塊連接，程控衰減模塊與程控增益模塊電連接，數模轉換器分別與程控衰減模塊、程控增益模塊電連接。
[0019]信號通過探頭輸入系統，經過高阻抗程控衰減器衰減後送入阻抗變換器進行IM Ω至50Ω的阻抗變換，能夠提供約5 OOMHz的模擬帶寬。當輸入阻抗選擇為50 Ω時，信號直接經過射頻程控衰減器進行衰減。阻抗切換後使信號能夠在低阻抗(50Ω )環境下傳輸，經過程控衰減器和程控增益放大器實現500MHz的模擬帶寬以及2mV?lV/div的1_2_5步進增益/衰減。為實現增益和位移的數字控制，該部分設置了兩個DAC。
[0020]採樣與成像模塊，是本系統的核心模塊，所有相關算法均在FPGA內得以實現。該部分的原理框圖如圖3所示:
[0021]採樣及成像模塊包括雙通道模數轉換器、DDR2-SDRAM存儲器模組、QDR2-SRAM存儲器、加密協議晶片、FPGA模塊，雙通道模數轉換器、DDR2-SDRAM存儲器模組、QDR2-SRAM存儲器、加密協議晶片分別與FPGA模塊電連接。
[0022]FPGA模塊包括採樣控制器、存儲管理器、高速數字螢光波形成像引擎、串化/解串器、隨機數生成器、加密選件管理器，採樣控制器通過存儲管理器與高速數字螢光波形成像引擎電連接，高速數字螢光波形成像引擎分別連接串化/解串器、QDR2-SRAM存儲器、波形運算處理器，採樣控制器連接觸發控制器，存儲管理器分別連接存儲控制器、FFT引擎，存儲控制器與DDR2-SDRAM存儲器模組連接，串化/解串器連接指令解碼器，隨機數生成器與加密選件管理器電連接，加密選件管理器與加密協議晶片電連接。
[0023]作為示波器的核心器件，ADC接收模擬前端的信號輸入並轉換為數位訊號。為實現2.5GSa/s的最高採樣率和500MHz的帶寬，ADC的選擇至關重要。這裡選擇了 E2V公司生產的EV8AQ160型ADC，其內部具有4個獨立的1.25GSa/s的8bit子ADC，並且其中每兩個ADC可交替實現2.5GSa/s的採樣率，由於每個採樣與成像模塊配置一片EV8AQ160型ADC處理兩個通道的數據，ADC的幅度、增益和定時均可通過軟體微調從而實現了較高的有效位。ADC的模擬帶寬可達3GHz，滿足了系統需求。
[0024]FPGA實現了從數位訊號輸入到波形成像傳輸的所有信號處理工作，是產品的核心所在。FPGA由採樣控制器、觸發控制器、波形存儲管理器、存儲控制器、FFT引擎及數字螢光波形成像引擎組成。其中存儲控制器需外掛DDR2-SDRAM存儲器模組作為波形存儲器，數字螢光波形成像引擎需要外掛QDR2-SRAM作為成像存儲器。來自ADC的信號進入觸發控制器，實現複雜的條件觸發機制，並對其進行採樣，通過存儲與讀出控制器，存儲在波形存儲器中。若需要，硬體FFT引擎將對其進行FFT變換為頻域信號。成像後的兩個通道的波形通過串化器/解串器(SERDES)編碼為2.5Gbps的串行數據送出，同時來自數據交換模塊的指令和數據亦通過SERDES送入並通過指令解碼器解碼，控制FPGA的運作。由於FPGA內的每個模塊均可同時處理兩路採樣數據，因此每個採樣與成像模塊使用I片FPGA。
[0025]由於該系統具有多個選件，因此設置了加密選件管理器用於管理軟硬體選件。加密選件管理部分由隨機產生器、。加密選件管理器以及外部的加密協議晶片組成。設置該部分的原因是管理裝置的功能授權、用戶授權、防止對裝置的非法拷貝並保護裝置的智慧財產權。具體做法是:每臺裝置均具有一個唯一的協議，該協議存放在主機的協議晶片中。每隔一定時間，隨機產生器產生一個32位的隨機數，傳送給協議晶片。協議晶片使用該隨機數和內置的密鑰對協議進行加密後回傳給協議管理器。協議管理器用內建的密鑰對其進行據再通過解碼後通過1①(送入視頻橋送往主控計算機。
I力並提高用戶的易用性，主控部分採用爪七111111-1作為主處理器，以與？兼容的矣的數據通信總線。
、硬碟驅動器、光碟驅動器等，均可被？014理工作包括:
『交互)操作，響應用戶事件，如轉動面板轉I件控制系統做出響應；:態做出判斷和操作；
[動器；
域分析、頻域分析、時頻域分析以及數字域I能。
、低通濾波器、混頻器、中頻濾波器、模數轉,衰減器通過低通濾波器連接混頻器，混頻IF信號經過傳輸頻帶濾波和數字轉換。數字下變頻和抽樣過程把A/D樣點轉換成同相(I)和正交(Q)基帶信號流。觸發模塊檢測信號條件，控制採集和定時。基帶DSP系統使用基帶I和Q信號及觸發信息，通過FFT、調製分析、功率測量、定時測量及統計分析等手段，進行頻譜分析。
[0039]面板與外觀，裝置面板由若干區域組成。真彩TFT液晶顯示器佔據了較大的面積，下方設置了系統接口區、下方左側包含電源開關和USB主插座，其中長按電源開關可以啟動裝置，再次長按則可以啟動關機程序，USB主插座則可以連接鍵盤、滑鼠和海量存儲設備等；下方中間包含四個BNC連接器，分別為示波器4個輸入接口，下方右側有頻譜分析RF輸入通道，液晶顯示屏右側包含有測量功能選擇開關區、快捷鍵與多功能調節輪區、裝置的右側設有散熱孔和外電源接口。本裝置功耗較小，靠散熱孔的自然對流完全可以滿足散熱需求；外接電源接口可接入8?16V的直流電源對裝置供電或對電池充電。裝置的左側設有SD/MMC卡插座和擴展卡插槽，前者可插入SD/MMC卡作為非易失性存儲介質，後者可插入專用功能擴展卡實現功能擴展和延伸。
[0040]裝置的背後為電池和通信接口。裝置所需的鋰離子電池包可通過背後的電池槽裝入。下方的通信接口包含2個RS-232串行接口，可用來連接標準串口設備；1個USB設備接口可用來連接上位機進行通信；1個LAN接口可連接標準乙太網進行數據通信及遙控/遙測。
[0041]人機互動可以通過以下幾種途徑:
[0042]1.面板開關:面板開關是最方便的方法。
[0043]2.觸控螢幕:本裝置液晶顯示器上備有觸控螢幕，可使用觸筆或手指點擊及拖動完成各種操作。這是最快捷的一種操作方式。
[0044]3.標準USB鍵盤/滑鼠:本裝置兼容標準USB鍵盤和滑鼠，可以用來代替觸控螢幕和面板開關完成選擇和輸入。在固定場合應用，該方式既方便且快捷。
[0045]4.內置顯示器:這是本裝置的主要輸出方式。內置顯示器為12吋TFT真彩IXD，顯示效果清晰細膩且亮度較高。
[0046]5.外置顯示器:若在固定場合應用且希望更大尺寸的顯示，則可以通過裝置後方的VGA輸出埠外接顯示器實現。外置顯示器和內置顯示器將同時顯示測試信息。對外置顯示器的要求是其必須支持WVGA規範。
【權利要求】
1.一種時域和頻域綜合測試裝置，其特徵在於，包括前端信號鏈、採樣及成像模塊、數據交換模塊、主控模塊、顯示及用戶交互模塊、接口及擴展模塊、電源模塊、頻譜分析模塊、RF程控調理模塊，前端信號鏈通過採樣及成像模塊與數據交換模塊通信，RF程控調理模塊通過頻譜分析模塊與主控模塊通信，數據交換模塊分別與主控模塊、顯示及用戶交互模塊、接口及擴展模塊、電源模塊電連接。
2.根據權利要求1所述的時域和頻域綜合測試裝置，其特徵在於，前端信號鏈包括轉換開關、阻抗轉換器、程控衰減器、程控衰減模塊、程控增益模塊、數模轉換器，模擬輸入信號連接轉換開關後分別通過阻抗轉換器、程控衰減器處理，通過轉換開關與程控衰減模塊連接，程控衰減模塊與程控增益模塊電連接，數模轉換器分別與程控衰減模塊、程控增益模塊電連接。
3.根據權利要求1所述的時域和頻域綜合測試裝置，其特徵在於，採樣及成像模塊包括雙通道模數轉換器、DDR2-SDRAM存儲器模組、QDR2-SRAM存儲器、加密協議晶片、FPGA模塊，雙通道模數轉換器、DDR2-SDRAM存儲器模組、QDR2-SRAM存儲器、加密協議晶片分別與FPGA模塊電連接。
4.根據權利要求3所述的時域和頻域綜合測試裝置，其特徵在於，FPGA模塊包括採樣控制器、存儲管理器、高速數字螢光波形成像引擎、串化/解串器、隨機數生成器、加密選件管理器，採樣控制器通過存儲管理器與高速數字螢光波形成像引擎電連接，高速數字螢光波形成像引擎分別連接串化/解串器、QDR2-SRAM存儲器、波形運算處理器，採樣控制器連接觸發控制器，存儲管理器分別連接存儲控制器、FFT引擎，存儲控制器與DDR2-SDRAM存儲器模組連接，串化/解串器連接指令解碼器，隨機數生成器與加密選件管理器電連接，加密選件管理器與加密協議晶片電連接。
5.根據權利要求1所述的時域和頻域綜合測試裝置，其特徵在於，數據交換模塊包括串行化/解串行單元、數據交換單元、指令解析器、視頻圖像疊加單元、PCI總線橋，串行化/解串行單元分別與數據交換單元、指令解析器電連接，數據交換單元、指令解析器分別與PCI總線橋電連接，數據交換單元與視頻圖像疊加單元電連接。
6.根據權利要求1所述的時域和頻域綜合測試裝置，其特徵在於，頻譜分析模塊包括衰減器、低通濾波器、混頻器、中頻濾波器、模數轉換模塊、數據處理及交換系統、可變本振發生器，衰減器通過低通濾波器連接混頻器，混頻器依次通過中頻濾波器、模數轉換模塊與數據處理及交換系統連接，數據處理及交換系統通過可變本振發生器反饋回混頻器。
【文檔編號】G01R23/02GK103837739SQ201210492438
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月27日 優先權日:2012年11月27日
【發明者】宋雲衢, 呂華平 申請人:江蘇綠揚電子儀器集團有限公司