一种探月工程用小型化多种类数据源模拟电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，包括：CPCI接口，CPCI桥接电路，数据源模拟器，数模转换器，滤波器，接口电路，时钟源，直接数字频率合成器。该数据源模拟电路在同一片数据源模拟器中可实现多路、多模式信号的模拟功能，实现了数据源模拟电路的小型化。
【专利说明】一种探月工程用小型化多种类数据源模拟电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线电【技术领域】，特别涉及一种探月工程用小型化多种类数据源模拟电路。
[0002]
【背景技术】
[0003]电子产品的测试测量，无外乎在一定的输入条件下，输出信号的正确性或满足性判断，信号源成为测试中必不可少的设备。探月工程中测控通信分系统所需信号源要求即有数字基带信号，又具备模拟调制信号，根据不同的单机和测试工况，信号码率、编码方式、调制方式等可灵活设置。市场上目前不具备单独提供此类功能的设备，一般集成在大型、多功能测试设备内部，最有名的是ARM公司Cortex测试设备，该设备可根据用户要求，订制测试功能，然而，由于设备集成度高，设备本身硬件成本非常昂贵。针对探月工程此类大型系统，其下单机众多，配置此类测试设备，Cortex的测试功能不能得到充分利用，价格又极其昂贵，会给整个工程带来巨大的产品研制成本。并且，随着人们对电子产品小型化、便携性的追求，测试设备不但要达到既定功能，而且产品体积、重量也要越小越好。因此，有必要结合主流技术趋势，设计一种小型化、多种类数据源模拟电路，保证其功能的同时，降低其体积和重量。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种探月工程用小型化多种类数据源模拟电路。本发明通过以下技术方案实现:
一种探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，包括:
CPCI接口，连接一计算机，用以建立计算机与探月工程用小型化多种类数据源模拟电路的连接接口；
CPCI桥接电路，连接CPCI接口，用以对计算机发送的控制信息进行接口控制，以建立通信；
数据源模拟器，连接CPCI桥接电路，根据计算机发送的控制信息进行基带信号模拟以产生对应的数字信号，以及对基带信号进行数字调制；
数模转换器，连接数据源模拟器，用以对数字调制信号进行数模转换；
滤波器，连接数模转换器，用以对数模转换器输出的模拟信号进行滤波，滤除无用频率分量;
接口电路，连接滤波器或者数据源模拟器，用以对外输出数字信号，以及经过滤波后的模拟信号；
时钟源，连接数据源模拟器，包括两个子时钟源，用以产生不同码率的数据时钟源；
直接数字频率合成器，连接数据源模拟器，根据所需信号种类，用以产生时钟源无法产生的时钟信号源。
[0006]较佳的，接口电路包括:TTL接口，用以输出16组TTL电平信号，以及LVDS接口，用以输出32组LVDS电平信号。
[0007]较佳的，数模转换器包括:低速数模转换器和高速数模转换器，低速数模转换器为12位、125MHz采样率数模转换器，用以低频调制信号的数模转换，高速数模转换器为16位、400MHz采样率数模转换器，用以中频调制信号的数模转换。
[0008]较佳的，滤波器包括:二阶低通滤波器和五阶带通滤波器，二阶低通滤波器用于对低速数模转换后的模拟信号进行低通滤波，五阶带通滤波器用于对高速数模转换器输出的模拟信号进行带通滤波。
[0009]较佳的，时钟源为石英体谐振器，两个子时钟源包括:
第一子时钟源，频率为100MHz，用以产生IKHz倍数或分频的时钟信号；
第二子时钟源，频率为24.576 MHz，用以产生1024HZ倍数或分频的时钟信号。
[0010]较佳的，直接数字频率合成器设置有外围电路，外围电路用以七阶带通滤波。
[0011]较佳的，还包括:电源管理模块，用以为月工程用小型化多种类数据源模拟电路供电。
[0012]较佳的，还包括:至少两个程序存储器，分别连接CPCI桥接电路和数据源模拟器，分别用于存储CPCI桥接电路的程序和数据源模拟器的程序。
[0013]本发明既能适应探月工程中测控通信分系统所需信号源要求，又具备一定的通用性，不仅可以减小现有数据源模拟电路的体积、重量，达到测试设备小型化、便携性的目标，又可用于其它型号的测控通信系统。
[0014]
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1所示的是本发明实施例提供的数据源模拟电路的结构框图；
图2所示的是本发明实施例提供的数据源模拟电路的软件功能框图；
图3所示的是本发明实施例提供的CPCI桥接电路的功能框图；
图4所示的是本发明实施例提供的数据源模拟器内部一路数据模拟的功能框图。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0018]为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
[0019]本发明的核心思想在于，提供一种探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，该数据源模拟电路在一块板卡上实现了多通道，多模式数据模拟，具有基带信号和模拟调制信号，板卡上配置直接信号产生器，可灵活的产生各种码率的数字、模拟信号，相比同类其他产品，即实现了小型化，又有很强的灵活性。
[0020]请参考图1，图1是本发明实施例提供的数据源模拟电路的结构框图，如图1所示，本发明实施例提供的数据源模拟电路，包括:
CPCI接口 101，用以建立计算机与数据源模拟电路的连接接口 ；
CPCI桥接电路102，用以对计算机发送的控制信息进行接口控制，以建立计算机与数据源模拟器的通信，给出板卡标识，分配下层空间等功能；
数据源模拟器103，所述数据源模拟器为一片FPGA，FPGA软件根据计算机发来的控制信息，实现各种类型的数据模拟，共实现12路基带数据模拟和2路数字调制信号模拟；数模转换器104，实现数据源模拟器103产生的数字调制信号的数模转换，包括:低速数模转换器和高速数模转换器，低速数模转换器包括12位、125MHz采样率数模转换器，用以低频调制信号的数模转换，高速数模转换器包括16位、400MHz采样率数模转换器，用以中频调制信号的数模转换；
滤波器105，实现数模转换后模拟信号的滤波，包括:二阶低通滤波器和五阶带通滤波器，分别实现对低速数模转换后的模拟信号进行低通滤波，和对高速数模转换器输出的模拟信号进行带通滤波，用于抑制调制信号的镜频和谐波等无用频率分量；
接口电路106，包括的低电平差分驱动、电平转换器对外输出数字信号，和射随器或带通滤波器对外输出模拟信号；
程序存储器，包括用于所述CPCI桥接电路102的程序存储器107，和数据源模拟器103的程序存储器108 ；
时钟源109，包括两个时钟源，作为数据源模拟器的全局时钟，用于产生不同码率的数据时钟源；
直接信号产生器110，根据所需信号种类，产生时钟源109无法产生的时钟信号源； 电源管理模块111，为所述数据源模拟电路供电。
[0021 ] 具体地，所述CPCI桥接电路102为AMCC公司的S5335QFAAB，实现由计算机到FPGA芯片的桥接功能，建立计算机与FPGA之间的通信。由于计算机基于C语言的驱动开发技术成熟，使用桥接芯片不仅避免了计算机针对FPGA的驱动开发的不稳定因素，也避免了 FPGA内部针对CPCI接口的软件开发设计。
[0022]进一步地，所述数据源模拟器为FPGA芯片103，其型号为Xilinx公司生产的XC4VSX55-10FFG1148，其主要性能指标为:49152的寄存器单元；32组全局时钟资源，并有DCMs (Digital Clock Managers),PMCDs (Phase-Matched Clock Dividers)资源等用作时钟处理；320个18Kbits的RAM资源，具备单端、差分和DDR2等多种IO接口 ；DCI(DigitallyControlled Impedance)功能用于提高信号密度与信号完整性。其丰富的逻辑资源，便于各项功能的开发应用；32组全局时钟资源和DCM、PCM资源，便于产生各种频率的时钟，非常适合做多种类数据源的开发；丰富的IO接口，包括单端、差分等，可同时输出多路基带数字信号和数字调制信号；具备DDR (Double Data Rate)接口模式，可使处理时钟速率降低一半，降低时钟约束量，减少系统布线资源；DCI功能可以增加PCB布板密度和提高FPGA处理时钟，便于资源的扩充和提高FPGA的处理效率。本设计中利用XC4VSX55的逻辑资源、时钟资源、硬件接口等实现各种数据的模拟，并进行冗余、容错设计。
[0023]进一步地，所述数模转换器，包括以下两种: 对副载波频率不大于30MHz的调制信号，可采用12位单端、125MHz采样率的低速数模转换器，所述转换器型号为AD9762，封装类型为28芯TSSOP，尺寸小，频率范围宽，是副载波频率较低的情况下的理想选择；
对副载波频率较高的调制信号，采用16位LVDS、400MHz采样率的数模转换器，该转换器具备DDR接口模式，采用DDR模式时，可使数字接口时钟速率降低一半，降低了 PCB布线的难度，和所述数字模拟器的布线资源，提高了数据源模拟电路的可靠性。
[0024]进一步地，所述滤波电路包括以下两种:
二阶低通滤波，采用通用的运放加阻容的标准二阶滤波电路，其主要集成电路为AD8021。该电路在电路模型固定的情况下，可根据负载波频率和信号带宽，仅改变滤波器电阻器和电容器的值，实现所需要的滤波效果，通用性、适应性较强。
[0025]带通滤波器，采用中电十三所的5STF70U7-1集成滤波器件，该器件中心频率70MHz、带宽7MHz的带通滤波。该滤波器为十三所LC系列集成滤波器，该系列滤波器具有多变的传输响应、较好体积下的良好性能等优点，并且同系列产品封装尺寸相同，因此在中心频率或带宽改变的情况下，可实现同封装的器件替换，不仅电路形式简单，而且电路具备通用化、小型化。
[0026]进一步地，所述数字接口电路为TI的SN65LVDS31D和74LVC4245，分别实现LVDS接口和TTL接口形式信号驱动，接口种类覆盖数字接口类型的常用形式，电路设计适应性强，两种芯片功耗均很低，带载能力强，作为FPGA芯片的对外接口电路，增强了系统的驱动能力和抗干扰性能。
[0027]进一步地，所述模拟接口电路，分别是用运算放大器LF147实现的射随输出，和用5STF70U7-1实现的二次滤波，在保证信号强度和信噪比的情况下，输出阻抗满足性能要求。
[0028]进一步地，所述程序存储器107为ATMEL公司的AT24C04，用于存储CPCI桥接芯片的配置信息，上电后CPCI通过获取配置信息，标识板卡ID、分配下层空间等功能，以建立与计算机的通信协议。
[0029]所述程序存储器108采用Xilinx公司生产的XCF32PV048C，容量32Mbits，3.3V供电，产品上电后，FPGA通过主动串行模式，读取该存储其中的文件，实现软件设计功能。
[0030]进一步地，所述时钟源109为石英晶体谐振器；包括100MHz，可产生IKHz倍数或分频的时钟信号，和24.576MHz时钟，可产生1024Hz倍数或分频的时钟信号。
[0031]进一步地，所述直接数字频率合成器110 (DDS)，所选器件为AD公司的AD9851及外围电路组成，AD9851是180MHz完整DDS合成器，具有可选6x基准时钟乘法器，可在晶振时钟源无法满足所需频率要求时作为数据源模拟器的时钟源；另外本设计中采用封装形式为28脚SSOP封装，和简单的串行异步加载方式，能够满足产品小型化的要求。
[0032]进一步地，所述电源管理模块107包括2种TI线性电源，分别是:
PTH05000W，为一输出可调电路，通过配置产生两种幅值的电压，一种向所述数据源模
拟器内核供电，另一种向数据源模拟器的IO及外围电路供电；
PTH08080W，为一输出可调电路，通过配置产生两种幅值的电压，一种为所述数据源模拟器提供辅助电源，另一种为数据源模拟器的程序存储器供电。
[0033]关于本发明提供的数据源模拟电路的软件功能框图参考图2，由图2可知，FPGA软件实现读取桥接芯片下发的计算机配置信息，通过信息解读，产生各个模块的控制信号；时钟控制模块，接收外部的时钟、复位信号，与DDS通信产生所需时钟，之后将全局时钟送各个数据模拟模块；数据模拟模块根据配置信息产生各种所需模拟数据，最后输出基带信号或数字调制信号。因此，所述数据源模拟电路的主要处理工作为CPCI桥接模块的配置信息解析，和各数据模拟模块的数据模拟。
[0034]请参考图3，图3是本发明中CPCI桥接模块的功能框图。由图3知，CPCI桥接模块通过计算机下发的控制信号，判断地址数据总线的信息，提取出对应的IO地址和Memory地址，根据所设置的总线数据模式，从相应的地址中提取出对应的数据信息。由于本发明中，IO空间存储的是控制信息，Memory空间中存储的是模拟数据，因此IO空间的数据解析后直接译码输出控制信号，Memory空间的地址获取之后，提取出对应数据与其地址一起输出到对应的数据模拟模块。
[0035]请继续参考图4，图4是本发明中一路数据模拟的功能框图。由图4知，数据模拟模块根据CPCI桥接模块发送的控制信息结合全局时钟，产生各个模块工作的时序控制模块，以时序控制模块为核心，控制各模块协调工作，完成不同种类的数据模拟功能。数据模拟模块，首先根据本模块要求输出的码率、数据模式、帧长等控制信息，从双口 RAMl中循环或单次读出数据原码；读取后的数据根据RS编码格式进行RS编码或直接送给2选I电路，由2选I根据控制信号的要求进行选择；当数据模拟要求报头不进行RS编码时，需要将原始报头和RS编码后的数据流通过双口 RAM2拼接在一起，如果报头需要进行RS编码，双口 RAM2可以省去不用；之后将并行数据进行并串转换，码型转换，伪随机编码，卷积编码，等串行数据处理，其间根据处理要求进行选择输出，串行处理后的数据进行PSK调制产生数字调制信号；最后数据源模拟器分别输出3线制基带信号和数字调制信号；由此，完成一路数据的模拟功能。
[0036]综上所述，本发明提供了 一种数据源模拟电路，该数据源模拟电路在同一片FPGA中可实现多路、多模式信号的模拟功能，实现了数据源模拟电路的小型化。
[0037]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，其特征在于，包括: CPCI接口，连接一计算机，用以建立所述计算机与所述探月工程用小型化多种类数据源模拟电路的连接接口； CPCI桥接电路，连接所述CPCI接口，用以对所述计算机发送的控制信息进行接口控制，以建立通信； 数据源模拟器，连接所述CPCI桥接电路，根据所述计算机发送的控制信息进行基带信号模拟以产生对应的数字信号，以及对基带信号进行数字调制； 数模转换器，连接所述数据源模拟器，用以对所述数字调制信号进行数模转换； 滤波器，连接所述数模转换器，用以对所述数模转换器输出的模拟信号进行滤波，滤除无用频率分量； 接口电路，连接所述滤波器或者所述数据源模拟器，用以对外输出所述数字信号，以及经过滤波后的模拟信号； 时钟源，连接所述数据源模拟器，包括两个子时钟源，用以产生不同码率的数据时钟源； 直接数字频率合成器，连接所述数据源模拟器，根据所需信号种类，用以产生所述时钟源无法产生的时钟信号源。
2.根据权利要求1所述的探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，其特征在于，所述接口电路包括=TTL接口，用以输出16组TTL电平信号，以及LVDS接口，用以输出32组LVDS电平信号。
3.根据权利要求1所述的探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，其特征在于，所述数模转换器包括:低速数模转换器和高速数模转换器，所述低速数模转换器为12位、125MHz采样率数模转换器，用以低频调制信号的数模转换，所述高速数模转换器为16位、400MHz采样率数模转换器，用以中频调制信号的数模转换。
4.根据权利要求1所述的探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，其特征在于，所述滤波器包括:二阶低通滤波器和五阶带通滤波器，所述二阶低通滤波器用于对低速数模转换后的模拟信号进行低通滤波，所述五阶带通滤波器用于对高速数模转换器输出的模拟信号进行带通滤波。
5.根据权利要求1所述的探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，其特征在于，所述时钟源为石英体谐振器，所述两个子时钟源包括: 第一子时钟源，频率为100MHz，用以产生IKHz倍数或分频的时钟信号； 第二子时钟源，频率为24.576 MHz，用以产生1024HZ倍数或分频的时钟信号。
6.根据权利要求1所述的探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，其特征在于，所述直接数字频率合成器设置有外围电路，所述外围电路用以七阶带通滤波。
7.根据权利要求1所述的探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，其特征在于，还包括:电源管理模块，用以为所述月工程用小型化多种类数据源模拟电路供电。
8.根据权利要求1所述的探月工程用小型化多种类数据源模拟电路，其特征在于，还包括:至少两个程序存储器，分别连接所述CPCI桥接电路和所述数据源模拟器，分别用于存储所述CPCI桥接电路的程序和所述数据源模拟器的程序。
【文档编号】G06F13/38GK103885912SQ201410110701
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】杨晓华, 李帆, 黄建青, 欧阳尚荣 申请人:上海航天电子通讯设备研究所