专利名称：基于pxi总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种实时测量矢量分析模块，特别是一种基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块。
背景技术：
自PXI总线技术问世以来，基于PXI总线的自动测试系统得到广泛的应用和迅速的发展。诸如2002年10期出版的《电子设计技术》第114页介绍了 NI公司最新推出对9kHz至 2. 7GHz的射频信号进行测量的PXI-5660矢量信号分析仪。该仪器包含一个2. 7GHz的数字式下变频器、IF数字化电路以及用于LabVIEW和LabWindow/CVI的频谱测量工具(SMT)。 该分析仪做频谱测量将射频信号下变频到中频，通过抗混叠滤波器在中频进行数字采样。 采样的数字信号通过数字正交分解、滤波、抽取和内插后，再经过快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)将信号从时域变换到频域，完成信号频谱测量。数字信号处理器做FFT运算速度远慢于信号的采集速度，当瞬时动态信号出现在信号处理时间，瞬时信号被丢失，可见PXI-5660矢量信号分析仪缺乏时瞬时动态射频信号进行测量的能力。国内目前的PXI平台的产品中，以PXI数据采集设备和产生设备居多，如PXI数据采集卡、PXI波形发生器等，这类基于PXI总线的应用简单。国内基于PXI总线的频谱分析模块也仅有中电41所AV6951型号PXI射频频谱分析仪，但最大分辨力带宽只有1M，不能满足现代通信信号大宽带发展方向的需求。
发明内容本实用新型的目的就是为了克服上述已有技术的不足，提供一种设计合理，能满足对通信信号频域的大覆盖范围观察需求的基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块。为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是—种基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块，包括有PXI接口和中频信号处理电路1，模数转换电路2，接收机电路3、频率合成器电路4连同外设的插卡E， 相结合构成一个模块化结构整体。其中所述PXI接口和中频信号处理电路1，又包括有PCI接口芯片Ul，FPGA芯片U2， SDRAM芯片U3，DDC芯片U4和时钟芯片U6，采用PCI+FPGA架构，且Ul型号为PCI9030，它符合PCIV2. 2规范的32位33MHZ从者芯片，能使PCI啐发传输速度高达132MB/S，支持本地总线多路复用和非多路复用32位地址/数据协议；U2型号为)(C3SD1800A，它在PXI总线中对触发总线的电气规范要求，通过对FPGA的编程来完成触发信号的响应和触发信号的产生实现PXI接口 ；U3型号为HY5V52A，用于完成FPGA所需的大量的数字信号的存储和读取操作；U4型号为HSP50016，用于完成对采样后信号的数字下变频处理；TO为本地时钟芯片，提供适应PCI不同啐发传输速率的要求，以及DDC芯片、ADC芯片和PLL芯片的基准时钟信号。所述模数转换电路2，为ADC芯片U5，其型号为AD6645，将接收机电路3中U7芯片输出的模拟信号转换为数字信号，并送至PXI接口和中频信号处理电路1中的DDC芯片 U4，实现信号的数字域处理。所述接收机电路3，又包括有滤波器芯片U7、U8、U9和衰减器芯片U10，采用混频+ 滤波结构，根据上层指令要求，该电路接收从频率综合器电路4中U15芯片、U12芯片和Ull 芯片输出的三级本振信号，完成对输入信号混频后，实现模拟信号的下变频。最后一级混频滤波后的信号为IF信号，送至PXI接口和中频信号处理电路1中的DDC芯片U4进行数字域处理。所述频率合成器电路4，又包括PLL芯片Ull、U12和U17，LPF芯片U13，PD芯片 U14，YTO芯片U15和分频器M/N芯片U16，采用三级PLL锁相环架构，且PLL芯片U11、U12、 和U17均为频率单点锁定；LPF芯片U13，PD芯片U14，YT0芯片U15构成一个锁定频率可变的环路，根据上层指令要求，在可变的范围内锁定一个单点频率，并送至接收机电路3与其所接收到的SRF射频信号进行混频。本实用新型于基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块的系统软件主要包括上层软件平台和底层实时测控与数据分析处理两大部分，采用模块化的总体设计方法，由系统管理层统一进行调度，力求测控流程清晰简捷。PXI总线是基于标准PC技术，用户就可以使用熟悉的标准Windows软件架构。基于Windows的PXI系统的开发和运行也就和基于Windows的标准PCI系统的开发和运行完全相同。此外，因为PXI背板使用工业标准的PCI总线，在许多情况下，编写与PXI设备通信的软件程序和编写与PCI模块通信的软件程序是相同的。系统上层软件采用基于Windows的编程平台、先进的存储管理机制实现人机交互及底层驱动。主要包括虚拟按键处理功能、显示格式及数据处理功能、底层驱动/配置功能等。实时测控与数据分析处理部分利用FPGA开发工具，在实现多种测量、 数据处理功能的同时提供快速的实时测控，主要包括实时高速信息处理、实时校准与修正、 系统自检及故障诊断等。综上所述，本实用新型拥有如下7项显著功能1、宽带实时接收功能频率综合器和中频滤波器的结合大大的提升了可观测信号的带宽，可以同时把实时带宽达20MHZ的信号采集进来进行处理，20MHZ的实时带宽延伸了 FFT分析和I-Q数字解调矢量分析的能力。2、实时频谱测量功能ADC实时采集数据，并将数据存储在内存中，对数据的每一帧，在时间上都是无缝的，(经过实时的、有效的触发)，在DSP中进行数据运算，然后以多种显示方式实时显示出来。近似流水的操作保证了本设备的实时频谱测量的强大功能。3、多种可选的显示分析方式频谱图、光谱图、瀑布图、星座图、眼图、符合表等显示能满足用户多角度观察信号的需求。4、多触发模式功能触发对捕获时域信息至关重要，PXI射频频谱分析仪提供了功率触发、电平触发等触发方式，使系统能够准确捕获特征信号，进行详细分析。5、先进的系统总线平台PXI总线结合了 PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard 机械封装的特性，并增加了专门的同步总线和主要软件特性，能够以更快的速度，更好的兼容程度，更稳定的性能保证仪器设备运行的稳定性以及功能更新的及时性。6、矢量信号分析功能PXI射频频谱分析仪真正强大之处在于它分析随时间变化的复杂信号的能力，分析项目包括EVM、载波泄漏、符号率、星座图、频率误差、正交误差、调制精度、失真测量等，通过矢量分析，用户能快速评估和对数字调制信号进行差错。7、数字存储示波功能信号可以有选择的经基带信号调理电路调理，在触发和时基控制等逻辑电路控制下，经高速采集变为数字信号，存入海量存储器中。通过对在数字域内，对信号进行滤波、线性内插等处理，准确显示出信号的时域波形。此外，本实用新型基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块在工艺上采用低功耗整体布局设计，表面贴装和“drop in”技术，使结构紧凑，布局合理，安装巧妙，做到实现方式更加灵活，可扩展性更容易，完全满足当前数字通信系统测试与分析的要求，适应通信技术发展的需要。
图1为本实用新型整体电原理图。图中符号说明1为PXI接口和中频信号处理电路，其中Ul是PCI接口芯片，U2是FPGA芯片，U3 是SDRAM芯片，U4是DDC芯片，U6是时钟芯片；2为模数转换电路，其中TO是ADC芯片；3为接收机电路，其中U7是IF滤波器芯片，U8和U9是滤波器芯片，UlO是衰减器芯片；4为频率合成器电路，其中U11、U12和U17是PLL芯片，U13是LPF芯片，U14是PD 芯片，U15是YTO芯片，U16是分频器M/N芯片。
具体实施方式
请参阅图1所示，为本实用新型具体实施例。从图1可以看出本实用新型包括有PXI接口和中频信号处理电路1，模数转换电路2，接收机电路3，频率合成器电路4连同外设的插卡E，相结合构成一个模块化结构整体， 其中所述PXI接口和中频信号处理电路1为PCI+FPGA和DDC+FPGA架构，设置有PCI 接口芯片Ul，DDC芯片U4，FPGA芯片U2，SDRAM芯片U3和时钟芯片U6，且PCI接口芯片的地址、数据和控制端口直接经插卡E与PXI总线相连接；PCI接口芯片Ul的HP端口与FPGA 芯片U2的FP端口直接呈双向连接；DDC芯片U4的第7、9脚依次分别与FPGA芯片U2的第 11、12脚直接相连接；FPGA芯片U2的FD端口与SDRAM芯片U3相对应的端口直接呈双向连接。所述模数转换电路2，设置有ADC芯片U5，且ADC芯片U5的第8、3脚依次分别与 PXI接口和中频信号处理电路1中DDC芯片U4的第5脚和时钟芯片U6的第3脚直接相连接。所述接收机电路3，为3级混频+3级滤波架构，设置有III、IK I 3个混频器，3个滤波器芯片U7、U8和U9和1个衰减器芯片UlO，且衰减器芯片UlO和滤波器U9、U8及U7 依次与I、II、III混频器呈级联式连接，而滤波器芯片U7的第11脚与模数转换电路2中ADC 芯片TO的第5脚直接相连接。所述频率合成器电路4，为3级PLL锁相环架构，设有3个PLL芯片Ull、U12和 U17,1个LPF芯片U13，1个PD芯片U14，1个YTO芯片U15和1个Μ/Ν芯片U16，且PLL芯片U17的第6脚同时分别与PLL芯片Ull和U12各自的第10脚及PD芯片U14的第5脚直接相连接；而YTO芯片U15的第2脚及PLL芯片U12和Ull各自的第12脚依次分别与接收机电路3中第I、II、ΙΙΙ混频器的第8脚直接相连接。所述插卡E为3UPXI4槽位标准结构，设有2个连接器，其中1个为1槽位，提供32 为用于PCI局部总线定义的业务，另1个为3槽，提供用于64为PCI传输和实现PXI电气
特性的业务。[0044]本实用新型的具体实施中的主要技术性能如下[0045]一、频率特性[0046]频率范围IOOkHz 3GHz[0047]最大分析带宽20MHz[0048]分辨率带宽(RBW)IHz 3MHz，1-3-10 步进[0049]输入功率范围(连续)-120dBm +3OdBm[0050]RF输入衰减0 5OdB (IOdB 步进)[0051]二、射频信号变频[0052]第一本振3.2814 6. 2814GHz[0053]第二本振3. OGHz[0054]第三本振260MHz[0055]输出第三中频21. 4MHz输出，最大带宽20MHz[0056]三、数字中频处理[0057]FFT分析帧长度最大4096[0058]测量显示格式频谱图[0059]以上实施例，为本实用新型较佳的实施例，用以说明本实用新型的技术特征和可
实施例，并非用以限定本实用新型的申请专利权利；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专业人士应可明了并加以实施。因此，其他在未脱离本实用新型所揭示的前提下，完成的等效的改变或修饰，均包含在所述的申请专利范围内。 本实用新型为一个不可多得的基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块，具有创造性、新颖性、实用性和进步性，符合实用新型专利申请要件，故依专利法提出申请。
权利要求1.基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块，包括有PXI接口和中频信号处理电路(1)，模数转换电路(2)，接收机电路(3)，频率合成器电路(4)连同外设的插卡 E，相结合构成一个模块化结构整体，其特征是；所述PXI接口和中频信号处理电路(1)为PCI+FPGA和DDC+FPGA架构，设置有PCI 接口芯片Ul，DDC芯片U4，FPGA芯片U2，SDRAM芯片U3和时钟芯片U6，且PCI接口芯片的地址、数据和控制端口直接经插卡E与PXI总线相连接；PCI接口芯片Ul的HP端口与FPGA 芯片U2的FP端口直接呈双向连接；DDC芯片U4的第7、9脚依次分别与FPGA芯片U2的第 11、12脚直接相连接；FPGA芯片U2的FD端口与SDRAM芯片U3相对应的端口直接呈双向连接。
2.如权利要求1所述的基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块，其特征是所述模数转换电路(2)，设置有ADC芯片U5，且ADC芯片U5的第8、3脚依次分别与PXI接口和中频信号处理电路(1)中DDC芯片U4的第5脚和时钟芯片U6的第3脚直接相连接。
3.如权利要求1所述的基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块，其特征是所述接收机电路(3)，为3级混频+3级滤波架构，设置有III、II、I 3个混频器，3个滤波器芯片U7、U8和U9和1个衰减器芯片UlO，且衰减器芯片UlO和滤波器U9、U8及U7依次与I、II、III混频器呈级联式连接，而滤波器芯片U7的第11脚与模数转换电路(2)中ADC 芯片TO的第5脚直接相连接。
4.如权利要求1所述的基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块，其特征是所述频率合成器电路(4)，为3级PLL锁相环架构，设有3个PLL芯片U11、U12和 U17,1个LPF芯片U13，1个PD芯片U14，1个YTO芯片U15和1个M/N芯片U16，且PLL芯片U17的第6脚同时分别与PLL芯片Ull和U12各自的第10脚及PD芯片U14的第5脚直接相连接；而YTO芯片U15的第2脚及PLL芯片U12和Ull各自的第12脚依次分别与接收机电路(3)中第I、II、III混频器的第8脚直接相连接。
专利摘要本实用新型为一种基于PXI总线的射频实时测量矢量分析插卡式结构模块，包括有PXI接口和中频信号处理电路(1)，模数转换电路(2)，接收机电路(3)，频率合成器电路(4)连同外设的插卡E，相结合构成一个模块化结构整体。依据上层软件平台和底层实时测控与数据分析处理两大部分，采用模块的整体设计方法，利用FPGA开发工具，在实现射频频谱实时测量、矢量信号分析、多种显示选择、数据处理功能的同时提供快速实时测控，诸如实时高速信息处理，实时校准与修正，系统自检及故障诊断等，具有设计合理、结构紧凑、布局有序、安装巧妙、使用方便、工作可靠等特点。
文档编号H04B17/00GK202309726SQ20112042814
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月2日 优先权日2011年11月2日
发明者刘建国, 吴成海, 吴绍炜, 周亮, 孙德福, 岳发义, 张兵志, 曹维, 王战军, 王继迎, 王茜, 秦开宇, 罗志才, 范喜全, 金燕华, 阎啸 申请人:中国人民解放军63963部队, 成都奥特为电子科技公司