专利名称：基于pxi/pci总线的测试信号源设备间远程同步设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种设备间远程同步方法，具体是一种基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备及方法。
背景技术：
在自旋气象卫星进行星地大回路 成像测试过程中，当星上扫描同步器被置为“地中”信号为扫描控制时序基准时，要求地面模拟原始云图的云图基准源设备送给卫星的阶梯波信号与姿控站设备输出地球波信号间保持严格相位同步，保证相位差恒定。这主要是由于每个信号周期的阶梯波信号均代表构成一幅云图的2500行的每个扫描行数据，只有每个代表扫描行数据的阶梯波信号与地中信号在每个信号周期均保持恒定的相位关系，星上探测系统才能以固定的间隔输出原始云图数据，才能最终保证云图扫描线的起始位置不发生错位，输出正确的模拟云图。由于云图基准源送出的阶梯波信号直接送入卫星探测系统的前端放大器，要求其信号中包含的干扰信号尽可能少，所以该设备距离卫星很近，且通过同轴电缆将信号送入星上，而与之同步的姿控站设备被设置于卫星测试间，两者相距超过50米，两设备间需要通过同步电缆连接，实现同步。按照PXI/PCI设备提供的标准同步机制，主要是将需要同步的两台设备中的一台设备的时钟基准信号通过机箱背板或外部连线导入到其他模拟输出卡或其他PXI机箱中，这种同步机制，只能实现在同一个PXI控制机箱内模拟输出卡之间的同步，或者距离较短的设备间同步。对于长距离的同步，由于时钟信号一般频率均在MHz以上，通过长线传输以后，时钟脉冲的失真很大，致使远程设备无法使用该时钟信号作为其外部时钟信号工作，同步无法实现。如果降低长线上时钟脉冲信号的频率，即使信号可以较好的传到远端信号源设备，但由于时钟频率降低，致使远端信号源设备输出信号的采样数必然减少，输出信号的精度将大打折扣。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备及方法。本发明是通过以下技术方案实现的。一种基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备，包括用于同步的近端信号源设备和远端信号源设备，所述近端信号源设备和远端信号源设备之间通过信号连接;优选地，所述近端信号源设备和远端信号源设备均为采用标准PXI/PCI总线接口形式的虚拟仪器设备；优选地，所述近端信号源设备和远端信号源设备均设有用于本地信号输出的标准PXI或PCI总线接口模拟输出卡；
优选地，所述远端信号源设备的模拟输出卡上设有用于产生高频率采样脉冲的计数器模块或配置有通用计数器卡。优选地，所述计数器模块为模拟输出卡板载通用计数器或单独配置的计数器卡；所述计数器采用远端信号源设备板载时钟信号作为计数器计数时钟信号。优选地，所述PXI/PCI总线宽度为32位，工作电压为3. 3V/5. 5V，频率为33MHz/66MHz，模拟输出卡与主控计算机CPU总线间的通讯通过PCI桥路实现，所述模拟输出卡设有板载FIFO缓存器，并支持DMA传输模式。优选地，所述模拟输出卡支持信号采样频率大于200KHZ，采样精度不小于12bit，输出电压范围为-IOV +10V。一种基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备的同步方法，包括以下
步骤第一步，根据近端信号源设备和远端信号源设备间的距离和同步传输线周边电磁环境选择合适的同步信号传输线类型；第二步，近端信号源设备通过编程调用PXI/PCI接口的模拟输出卡驱动程序控制其输出近端信号源所需信号，同时输出一路与近端输出信号频率相差整数倍的低频同步脉冲信号；第三步，远端信号源设备以长线传输来的同步信号为外部触发源通过模拟输出卡上的计数器或单独配置的计数器卡，通过模拟输出卡或计数器卡驱动程序配置计数器工作于脉冲生成模式；生成本地的模拟输出卡所需的高频率采样脉冲信号；第四步，近端信号源设备送入的同步信号每个周期触发一次计数器模块的脉冲输出，从而保证在信号周期内，远端和近端同步一次，使双方D/A转换后输出的信号频率一致、相位差恒定，实现测试信号源设备间的远程同步。优选地，所述第一步中同步信号传输线类型的选择原则为小于50米的距离选择平行传输线或双绞线；小于100米的距离选择双绞传输线或同轴屏蔽线；大于100米且小于200米的距离使用同轴屏蔽线；所述传输线类型以测试脉冲信号通过传输线后的失真度确定；所述第三步中触所述发方式为外部触发，触发源为长线传输来的同步脉冲信号。优选地，所述第二步中进行近端信号源设备程序设计过程包括如下步骤步骤1，根据模拟输出卡的最大采样率指标和所需生成信号最高频率确定近端信号源设备采样点数的上限，计算模拟输出卡产生的数据点的最大个数，即
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其中，所述Smax为模拟输出卡具有的最大采样率，fmax为所需生成信号的最高频率；步骤2，根据步骤I确定的数据点的最大个数，计算实际D/A转换的采样点数据个数，即ns^X nfflax ；其中，所述X为采样点数；步骤3，根据步骤2确定的采样点数据个数及所需生成信号频率，计算模拟输出卡工作时的采样频率，即:fs=nsfsignal ；其中，fsignal为所需生成信号频率；步骤4，根据步骤3所需生成信号频率fsignal，确定同步信号的频率，使同步信号的频率为所需生成信号频率fsignal的1/n。优选地，所述步骤2中，采样点数为数据点的最大个数的709Γ80% ；优选地，所述采样点数为数据点的最大个数的75% ； 优选地，所述步骤4中，η为可以整除fsignal的整数，并根据同步设备间的距离通过实际测试确定。优选地，所述第三步中进行近端信号源设备程序设计过程包括如下步骤步骤1，采用与近端信号源设备相同的方法确定远端信号源设备本地信号的采样点数ns2，进而确定信号的实际采样频率fs2，所述ns2和fs2满足fs2=ns2fsignal，其中，fsignal为所需生成信号频率；步骤2，根据步骤I中确定的fs2确定远端信号源设备计数器脉冲生成程序的参数；所述参数为高电平时间tH和低电平时间ty所述tH和k满足Ts=tH+ts=l/fs2 ;同时,将计数器脉冲生成所用的定时函数中的采样点数设为ns2，完成近端信号源设备与远端信号源设备间的同步。本发明提供的基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备及方法，通过间接地手段，先在近端信号源设备输出一路与本地输出信号同频或频率较本地输出频率低整数倍的同步脉冲信号，该信号的频率相对设备内基准时钟脉冲的频率低几个量级，而后通过长距离同步信号传输线送达远端信号源设备。远端信号源设备将送入的同步脉冲作为控制信号，触发其内的计数器信号按照同步周期输出高频率的时钟采样信号。该方法所反映的实现思想和具体途径很好的解决了基于PXI/PCI总线设备的远距离同步问题。
图I为实现PXI (PCI)总线的测试信号源设备间输出信号同步方法的整体概况；图2为用同一块模拟输出卡(A0卡)不同AO通道在近端信号源设备实现本地信号和同步信号输出的LabView程序；图3为用同一块模拟输出卡(A0卡)不同AO通道在近端信号源设备实现本地信号和同步信号输出的LabView程序用户界面，可以通过在界面设置“同步信号与本地信号频率倍数差(同步间隔)”的值，使近端输出的同步信号频率相差整数倍，图中设为了 10，即表示本地信号输出十个信号周期，输出一个同步脉冲。近端信号源设备本地信号为1000Hz正弦波，同步脉冲为IOOHz正脉冲；图4为另一种产生同步信号的方法，即在近端信号源设备上用模拟输出卡(A0卡)上的一路通用计数器“ctrO”在近端信号源设备产生IOOHz同步脉冲输出的LabView程序；图5所示LabView程序实现了远端激励源设备中将同步电缆传入的同步信号作为通用计数器的外部触发信号，在外部同步信号的控制下，产生所需频率的采样脉冲信号；图6利用图5程序产生的采样脉冲信号，控制远端激励源设备上的模拟输出卡(A0卡)输出所需要的信号。如果模拟输出卡上没有通用计数器，则需要采用外部连线将其他计数器卡输出脉冲信号作为模拟输出卡的采样脉冲信号；图7为远端信号源模拟输出卡利用通用计数器生成的采样脉冲D/A转换得到的两路远端输出信号。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例I本实施例提供了一种基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备，包括用于同步的近端信号源设备和远端信号源设备，所述近端信号源设备和远端信号源设备之间通过信号连接；近端信号源设备和远端信号源设备均为采用标准pxi/pci总线接口形式 的虚拟仪器设备；近端信号源设备和远端信号源设备均设有用于本地信号输出的标准PXI或PCI总线接口模拟输出卡；远端信号源设备的模拟输出卡上设有用于产生高频率采样脉冲的计数器模块或配置有通用计数器卡。在本实施例中，计数器模块为模拟输出卡板载通用计数器或单独配置的计数器卡；计数器采用远端信号源设备板载时钟信号作为计数器计数时钟信号；PXI/PCI总线宽度为32位，工作电压为3. 3V/5. 5V，频率为33MHz/66MHz，模拟输出卡与主控计算机CPU总线间的通讯通过PCI桥路实现，所述模拟输出卡设有板载FIFO缓存器，并支持DMA传输模式；模拟输出卡支持信号采样频率大于200KHz，采样精度不小于12bit，输出电压范围为-IOV +IOV。两台需要同步的信号源间距离在使用平行传输线时小于50米，双绞传输线时小于100米，同轴屏蔽线小于150米，采用双导线进行同步脉冲信号的传输[5]，导线上分布电容小于O. 001微法，导线电阻小于5欧姆。实施例2本实施例为利用实施例I提供的基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备的同步方法，包括以下步骤第一步，根据近端信号源设备和远端信号源设备间的距离和同步传输线周边电磁环境选择合适的同步信号传输线类型；第二步，近端信号源设备通过编程调用PXI/PCI接口的模拟输出卡驱动程序控制其输出近端信号源所需信号，同时输出一路与近端输出信号频率相差整数倍的低频同步脉冲信号；第三步，远端信号源设备以长线传输来的同步信号为外部触发源通过模拟输出卡上的计数器或单独配置的计数器卡，通过模拟输出卡或计数器卡驱动程序配置计数器工作于脉冲生成模式；生成本地的模拟输出卡所需的高频率采样脉冲信号；第四步，近端信号源设备送入的同步信号每个周期触发一次计数器模块的脉冲输出，从而保证在信号周期内，远端和近端同步一次，使双方D/A转换后输出的信号频率一致、相位差恒定，实现测试信号源设备间的远程同步。第一步中同步信号传输线类型的选择原则为小于50米的距离选择平行传输线或双绞线；小于100米的距离选择双绞传输线或同轴屏蔽线；大于100米且小于200米的距离使用同轴屏蔽线；所述传输线类型以测试脉冲信号通过传输线后的失真度确定。第二步中进行近端信号源设备程序设计过程包括如下步骤步骤1，根据模拟输出卡的最大采样率指标和所需生成信号最高频率确定近端信号源设备采样点数的上限，计算模拟输出卡产生的数据点的最大个数，即
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权利要求
1.一种基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备，其特征在于，包括用于同步的近端信号源设备和远端信号源设备，所述近端信号源设备和远端信号源设备之间通过信号电缆连接； 所述近端信号源设备和远端信号源设备均为采用标准PXI/PCI总线接口形式的虚拟仪器设备； 所述近端信号源设备和远端信号源设备均设有用于本地信号输出的标准PXI或PCI总线接口模拟输出卡； 所述远端信号源设备的模拟输出卡上设有计数器模块或配置有通用计数器卡。
2.根据权利要求I所述的基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备，其特征在于，所述计数器模块为模拟输出卡板载通用计数器或单独配置的计数器卡； 所述计数器采用远端信号源设备板载时钟信号作为计数器计数时钟信号。
3.根据权利要求I所述的基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备，其特征在于，所述PXI/PCI总线宽度为32位，工作电压为3. 3V/5. 5V，频率为33MHz/66MHz，模拟输出卡与主控计算机CPU总线间的通讯通过PCI桥路实现，所述模拟输出卡设有板载FIFO缓存器，并支持DMA传输模式。
4.根据权利要求I所述的基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备，其特征在于，所述模拟输出卡支持信号米样频率大于200KHz,米样精度不小于12bit,输出电压范围为-IOV +10V。
5.一种利用如权利要求I所述的基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备的同步方法，包括以下步骤 第一步，根据近端信号源设备和远端信号源设备间的距离和同步传输线周边电磁环境选择合适的同步信号传输线类型； 第二步，近端信号源设备通过编程调用PXI/PCI接口的模拟输出卡驱动程序控制其输出近端信号源所需信号，同时输出一路与近端输出信号频率相差整数倍的低频同步脉冲信号; 第三步，远端信号源设备以长线传输来的同步信号为外部触发源通过模拟输出卡上的计数器或单独配置的计数器卡，通过模拟输出卡或计数器卡驱动程序配置计数器工作于脉冲生成模式；生成本地的模拟输出卡所需的高频率采样脉冲信号； 第四步，近端信号源设备送入的同步信号每个周期触发一次计数器模块的脉冲输出，从而保证在信号周期内，远端和近端同步一次，使双方D/Α转换后输出的信号频率一致、相位差恒定，实现测试信号源设备间的远程同步。
6.根据权利要求5所述的基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备的同步方法，其特征在于，所述第一步中同步信号传输线类型的选择原则为小于50米的距离选择平行传输线或双绞线；小于100米的距离选择双绞传输线或同轴屏蔽线；大于100米且小于200米的距离使用同轴屏蔽线； 所述传输线类型以测试脉冲信号通过传输线后的失真度确定； 所述第三步中所述触发方式为外部触发，触发源为长线传输来的同步脉冲信号。
7.根据权利要求5所述的基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备的同步方法，其特征在于，所述第二步中进行近端信号源设备程序设计过程包括如下步骤步骤1，根据模拟输出卡的最大釆样率指标和所需生成信号最高频率确定近端信号源设备釆样点数的上限，计算模拟输出卡产生的数据点的最大个数，即:
8.根据权利要求7所述的基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备的同步方法，其特征在于，所述步骤2中，采样点数为数据点的最大个数的70°/Γ80% ； 所述采样点数为数据点的最大个数的75% ； 所述步骤4中，η为可以整除fsignal的整数，并根据同步设备间的距离通过实际测试确定。
9.根据权利要求5所述的基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备的同步方法，其特征在于，所述第三步中进行远端信号源设备程序设计过程包括如下步骤 步骤1，采用与近端信号源设备相同的方法确定远端信号源设备本地信号的采样点数ns2，进而确定信号的实际采样频率fs2，所述ns2和fs2满足fs2=ns2fsignal，其中，fsignal为所需生成信号频率； 步骤2，根据步骤I中确定的fs2确定远端信号源设备计数器脉冲生成程序的参数；所述参数为高电平时间tH和低电平时间沁所述tH和\满足Ts=tH+ts=l/fs2 ;同时，将计数器脉冲生成所用的定时函数中的采样点数设为ns2，完成近端信号源设备与远端信号源设备间的同步。
全文摘要
本发明公开了一种基于PXI/PCI总线的测试信号源设备间远程同步设备及方法，根据两测试设备之间距离和周边环境选择合适的传输线类型；近端信号源设备通过调用PXI/PCI接口的模拟输出卡驱动程序控制其输出所需信号，同时输出一路同步脉冲信号；远端信号源设备通过模拟输出卡上的计数器生成高频率采样脉冲信号，并通过模拟输出卡驱动程序配置计数器工作于脉冲生成模式，触发源为长线传输来的同步脉冲信号；近端信号源设备送入的同步信号每个周期触发一次计数器模块的脉冲输出，从而保证在信号周期内，远端和近端同步一次，实现测试信号源设备间的远程同步。本发明可靠、完备，两台设备输出的信号间相位同步，信号间相位误差完全满足卫星测试系统指标要求。
文档编号H04J3/06GK102882624SQ20121028557
公开日2013年1月16日 申请日期2012年8月10日 优先权日2012年8月10日
发明者梁永红 申请人:上海卫星工程研究所