一种便携式远距离的多路通信器件误码率测试装置的制作方法

本实用新型涉及通信器件检测技术领域，尤其涉及一种便携式远距离的多路通信器件误码率测试装置。

背景技术：

数字通信系统被越来越广泛的应用到生产、生活等各方面，而位差错 (BER)性能是任何数字通信系统性能最基本的测量指标之一。测量位差错指标通常采用误码率测试分析仪。特别是随着数字系统ASIC芯片的抗干扰能力的增强，数字通信系统也被应用于恶劣环境中如具有强辐射环境的医疗系统探测器、高能物理研究的粒子加速器以及太空探测中的通信系统等领域。因此进行误码率测试时需提供远距离测试能力。目前商用误码率分析仪主要由 Agilent、Tektronix、Anritsu等公司制造，所推出的误码率分析仪多功能强大带有眼图分析能力等，但仪器笨重、价格昂贵。如Tektronix公司BSA系列误码率分析仪的价格最低也在十万美元以上。再如Anritsu公司高性能的一体BER分析仪MP2100A其重量达近七公斤不便用携带，其价格也在十万美元以上。即使未带网络功能的最高速率仅1.6Gbps的Tektronix BA系列位差错率测试仪其价格也高达五万美元以上。因此商用的误码率测试系统，虽然具有很强的测试能力与极高的精度，但由于较笨重不便于携带，给进行恶劣环境下的测试安装带来影响。

当前FPGA已具有专门的通信接口包括时钟数据恢复和增强的锁相环电路，此外，性能和强有力的通信能力也足以适合高速通信与计算。Kintex-7 是新一代带有16路高达11.5Gbps传输率GTX的高性现场可编程门阵列，并且其Xilinx的报告中指出此芯片可以耐辐射TID测试(TID即ATLAS报告中给出的一种标准测试方法)达到总剂量1Mrad.因此，Kintex-7适合在辐射环境下长期工作。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种便携式远距离的多路通信器件误码率测试装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供一种便携式远距离的多路通信器件误码率测试装置，该装置包括：高速串行接口扩展板、并行接口扩展板、时钟发生器、采集控制器、USB延长线以及远程终端；其中：

采集控制器上设置有LPC接口、HPC接口、第一RJ45接口以及串行参考时钟接口；时钟发生器上设置有第一USB接口和多个时钟信号输出接口；远程终端上设置有第二USB接口和第二RJ45接口；高速串行接口扩展板和并行接口扩展板上均设置有FMC接口和串行参考时钟接口；

高速串行接口扩展板通过第一FMC接口与采集控制器的HPC接口相连，并行接口扩展板通过第二FMC接口与采集控制器的LPC接口相连；

时钟发生器通过时钟信号输出接口分别与高速串行接口扩展板、采集控制器的串行参考时钟接口相连；时钟发生器上的第一USB接口通过USB延长线与远程终端上的第二USB接口相连；采集控制器上的第一RJ45接口通过网线与远程终端上的第二RJ45接口相连；

被测器件与该装置的连接方式包括：远程连接和近程连接；被测器件通过光纤与采集控制器实现远程连接；被测器件与高速串行接口扩展板、并行接口扩展板或采集控制器直接近程连接；

通过本装置产生多种模式的伪随机序列码种子作为模式码，与被测器件产生的被测序列进行模式对比，通过一段序列的对比后找到与模式码一致的序列，模式码根据一致的序列产生其后续的相应序列，与被测序列进行按位比较，从而实现差错检测。

进一步地，本实用新型的该装置还包括SFP+光纤模块和SFP/SFP+连接器， SFP/SFP+连接器设置在采集控制器上；被测器件通过光纤连接到SFP+光纤模块，SFP+光纤模块插入SFP/SFP+连接器，实现被测器件与采集控制器的远程连接。

进一步地，本实用新型的近程连接包括三种方式：

高速串行接口扩展板上设置有第一SMA高速SEDES端口，被测器件通过同轴线缆与第一SMA高速SEDES端口连接；

被测器件通过IDE线与并行接口扩展板连接；

采集控制器上设置有第二SMA高速SEDES端口，被测器件通过同轴线缆与第二SMA高速SEDES端口连接。

进一步地，本实用新型的采集控制器为采用FPGA芯片的KC705Kintex-7 开发板。

进一步地，本实用新型的远程终端为笔记本电脑或PC电脑。

进一步地，本实用新型的采集控制器包括相互连接的伪随机序列器生成模块、TEMAC网络模块、GTX模块、FIFO模块以及差错检测模块；伪随机序列器生成模块产生的伪随机序列码模式包括PRBS7、PRBS15、PRBS23、PRBS31。

进一步地，本实用新型的该装置还包括串行器和解串行器；伪随机序列器的输出端通过串行器与被测器件相连；被测器件的输出端通过解串行器与差错检测模块相连；串行器和解串行器的传输速率包括3.125Gbps、4.8Gbps、 5.0Gbps、5.12Gbps、6.25Gbps、8Gbps、10Gbps。

进一步地，本实用新型的并行接口扩展板上设置有多列IDE接口。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的便携式远距离的多路通信器件误码率测试装置，基于高性能带有高速串行传输器的采集控制器，设计出了具有多路串行与并行通道功能，并能实现远距离误码率测试装置，本实用新型适于对通信中的光、电发送/接收器，串行器和解串行器等器件进行远程误码检测且低价便携。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例的装置整体布局图；

图2是本实用新型实施例的装置工作原理图；

图3是本实用新型实施例的高速串行接口扩展板示意图；

图4是本实用新型实施例的并行接口扩展板示意图；

图5是本实用新型实施例的线路连接示意图；

图6是本实用新型实施例的串行传输时的参考时钟频率及对应的传输速率；

图7是本实用新型实施例的光电转换板示意图；

图8是本实用新型实施例的LOCx2测试示意图；

图中：1-高速串行接口扩展板，2-第一FMC接口，3-第一SMA高速SEDES 端口，4-串行参考时钟接入端口，5-并行接口扩展板，6-第二FMC接口，7- 第一IDE接口，8-第二IDE接口，9-采集控制器，10-时钟发生器，11-远程终端，12-LPC接口，13-HPC接口，14-SFP/SFP+连接器，15-第一RJ45接口， 16-第一USB接口，17-第二USB接口，18-第二RJ45接口，19-USB延长线， 20-第二SMA高速SEDES端口，21-光电转换板，22-SFP连接座，23-SMA座组， 24-SFP+光纤模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例的便携式远距离的多路通信器件误码率测试装置，包括高速串行接口扩展板，并行接口扩展板、SFP+光纤模块 (Finisar FTLX8571D3BCL)、SFP/SFP+连接器、时钟发生器(Si5338)、采集控制器、笔记本电脑；被测器件通过铜轴线缆或光纤连接到高速串行接口扩展板、并行接口扩展板或SFP+光纤模块上；两扩展板则通过FMC接口连接到采集控制器的HPC口和LPC接口，SFP+光纤模块则连接到采集控制器的光纤模块插座。时钟发生器产生工作时钟通过铜轴线缆连到高速串行接口扩展板和采集控制器串行时钟输入接口；采集控制器实现采集、检测、控制和产生MAC协议的网络功能并通过网线与笔记本电脑通信。

本装置以多模式伪随机序列(PRBS)作为信源信息，采用数字逻辑计算方法产生7、15、23、31四种伪随机序列，实现高达640MHz最多68线并行数据输出能力。

本装置通过对高性能FPGA芯片Kintex-7高速传输器的配置方法的研究，定制设计出了具有3.125Gbps、4.8Gbps、5.0Gbps、5.12Gbps、6.25Gbps、8Gbps、 10Gbps串行传输速率的7路串行器与解串行器；并包括支持1路光纤传输链路。通过自行设计的高速串行扩展板输出其中四路。7种速率所生成的二进制文件可以根据需要手动通过iMPACT工具下载到采集控制器中运行。

本装置能对PRBS7、PRBS15、PRBS23、PRBS31四个模式伪随机序列码进行解码实现实时差错检测功能。

本装置通过状态模式匹配等方法实现多模式多位宽PRBS的差错检测。具体方法是通过本机同时产生相应模式的伪随机序列码种子做为模式码，对被测序列进行模式比对，通过一段序列后将找到与模式码一致的序列时刻，然后模式码将锁定根据序列码生成公式同步产生相应序列与被测序列进行按位比较。从而实现差错检测。

本装置中，采集控制器采用的是KC705Kintex-7开发板。采集控制器功能，分为伪随机序列器生成模块、TEMAC网络模块、GTX模块、FIFO模块、差错检测模块等组成。

伪随机序列器生成模块指采用数字逻辑计算方法产生7、15、23、31四种PRBS，并实现高达640MHz最多68线并行数据输出能力。以PRBS7序列产生为例，其产生公式是x0⊕x1＝x7。其序列的产生可以采用如下方法实现，从其PRBS7序列特点来说是以127位为周期循环的，由于仅127位，可以采用列出所有127位，然后采用移位操作来产生40位并行数据。而对于PRBS15、 PRBS23、PRBS31则采用提供序列初始化种子，然后通过其序列产生的公式来产生相关的序列。并在640MHz高速传输器恢复出的并行时钟下产生最多68 线并行数据。在具体实现上，还通过一个四选一多路选择器选通某一序列的最多68线进行输出。

高速串行接口扩展板，包括10只SMA母座和400管脚FMC接口，其中8 只是4对差分串行数据输入座，可保证高达10Gbps速率的LVDS标准串行数据传输，另2只1对差分是串行参考时钟输入座可通过铜轴线缆连接高达 320MHz时钟LVDS标准信号；所述并行接口扩展板从KC705LPC引出除电源、地及时钟信号线外共引出68根并行线最高可达640MHz LVDS25信号。

SFP+光纤模块，采用Finisar FTLX8571D3BCL光纤模块支持850nm波长多模光纤，支持10Gbps传输速率。

时钟产生器，采用Si5338EVB RV1.0评估板。支持高达700MHz LVDS信号标准的时钟的产生。

笔记本电脑，采用酷睿i3以上CPU，500GB以上硬盘，4GB内存，具有 USB2.0以上接口，RJ45网线接口，14英寸以上显示器。

本实用新型的装置中，所述USB延长器，采用带电源的USB转网线RJ45 口信号放大器支持对Si5338配置距离达100米。

常规环境是指人可以正常生活的区域也是装置笔记本电脑放置区域；较恶劣环境区域是指如非辐射源直接照射区或对人体有一定伤害但对装置硬件电路无影响的区域；恶劣环境区域指如辐射源直接照射区或对装置硬件电路正常工作有影响的区域，但是被测器件需要用于测试的环境。

在本实用新型的另一个具体实施例中，该装置包括68mm*121mm高速串行接口扩展板(包括接HPC的FMC接口公口、4对高速SEDES SMA端口和 MGTREFCLK0_118串行参考时钟输入端口)，68mm*55mm并行接口扩展板(包括接LPC的FMC接口公口、40管脚1号IDE口和40管脚2号IDE口)，Si5338 时钟发生器(包括本装置用到的两对LVDS信号输出的CLK0A/CLK0B和 CLK1A/CLK1B SMA端口及传输和电源提供的1号USB接口)，采集控制器是 KC705开发板(主要包括Kintex-7FPGA、一对SMA高速SEDES端口、一对 SMA_MGT_REFCLK 117bank串行参考时钟输入端口(J10P,J10N)、SFP端口即 SFP/SFP+连接器、FMC LPC母口、FMC HPC母口和1号RJ45接口)和笔记本电脑(包括2号RJ45接口和2号USB接口)。

被测器件通过铜轴线缆连接到高速串行接口扩展板的4对高速SEDES SMA 端口任一对或采集控制器的一对SMA高速SEDES端口或通过IDE线连接到并行接口扩展板的40管脚1号IDE口或40管脚2号IDE口上；高速串行接口扩展板通过接HPC的FMC接口公口连接到采集器上的FMC HPC母口上，并行接口扩展板则通过两扩展板则通过接LPC的FMC接口公口连接到采集器上的 FMC LPC母口上；

被测器件也可以通过光纤连接到SFP+光纤模块再插入采集控制器的SFP 端口实现光电转换后进入Kintex-7FPGA进行检测。Si5338时钟发生器产生串行传输需要的工作时钟输出到CLK0A和CLK0B通过铜轴线缆连接到高速串行接口扩展板的MGTREFCLK0_118串行参考时钟端口和通过CLK1A和CLK1B输出连接到采集控制器的J10P和J10N的串行参考时钟输入接口上，笔记本电脑的2号USB口通过USB延长器利用网线可达到100米远距离与Si5338时钟发生器上的1号USB口通信进行配置参考时钟，通过USB延长器确保了通过网络远程误码率测试的目标；采集控制器实现采集、检测、控制和产生MAC 协议的网络功能并通过1号RJ45网口上的网线与笔记本电脑上的2号RJ45 网口相连进行通信。笔记本电脑上运行Labveiw编写的程序解晰上传的网络报文进行实时记录和显示。

以下进行了3个测试实验：

一、回环测试实验

通过铜轴线缆把高速串行接口扩展板上的4对高速SEDES SMA端口的发送端与接收端即成对的(P端口与N端口)相连，配置时钟发生器产生320MHz 参考时钟信号CLK0A和CLK0B输出连接到到高速串行接口扩展板的 MGTREFCLK0_118串行参考时钟端口，采集控制器上的1号RJ45 15与笔记本电脑上的2号RJ45通过网线相连；然后Xilinx的iMPACT把运行3.12Gbps 传输速率的FPGA固件下载到采集控制器上。通过运行笔记本电脑Labview书写的监测程序，测试正常运行时误码率。运行时间20分钟。然后按KC705开发板上的SW4按键注入差错，一次向所有串行通道注入一位，观察差错计数变化，并在结束此轮测试时查看日志记录。然后更改时钟发生器产生的参考时钟钟信号频率及相应的传输速率的FPGA固件下载到采集控制器上，再按上述步骤重复，直到7种速率的情况全部测完。光纤串行通道和KC705板载一对SMA高速SEDES端口通道也采用上述方法进行回环测试，光纤串行通道里的SFP+光纤模块采用Finisar FTLX8571D3BCL光纤模块，并用1米长的多模光纤与SFP+光纤模块的光输出和光输入口相连形成回环。重复测试7种传输速率和六个高速串行通道都运行正常。

二、AVAGO AFBR-57D7APZ SFP+光纤模块误码率测试

AVAGO AFBR-57D7APZ SFP+光纤模块是支持多模光纤产生850nm波长，最高支持8.5Gbps,利用本装置测试其误码率指标。连接如图7所示，AVAGO AFBR-57D7APZ SFP+光纤模块插入光电传换板，1米多模光纤接入AVAGO AFBR-57D7APZ SFP+光纤模块光输出和输入端口，光电传换板的SMA座组的J13 接收端口连接到采集控制器的J11发送端口，同时，光电传换板的SMA座组的J14发送端口连接到采集控制器的J12接收端口。采用8Gbps速率，PRBS31 模式，根据图6和图5，Si5338时钟发生器配置为CLK1A/CLK1B输出125MHz 时钟，向采集控制器的FPGA下载8Gbps速率的固件，运行20分钟。由于采集控制器和Si5338到笔记本电脑之间采用了网络连接，这样除用于监测和记录数据的笔记本电脑外装置的其它部分可以处在较恶劣环境中，而被测AVAGO AFBR-57D7APZ SFP+光纤模块可以处在恶劣条件下对其进行误码率测试，如强 x-ray的环境。

三、LOCx2芯片测试

LOCx2是专门针对强辐射环境下工作而设计的集线性编码与传输一体的2 通道数据发送芯片，每通道传输速率为5.12Gbps。LOCx2测试示意图如图8 所示。LOCx2板根据芯片工作需要连接好时钟等信号，装置的并行扩展板通过 40线IDE线与LOCx2板的并行输入口相连，LOCx2芯片串行输出的两路信号一路通过LOCx2板的SFP TX通过多模光纤与装置的KC705开发板上插在SFP 端口的SFP光纤模块的SFP RX相连，另一路信号通过电缆与装置的KC705的一对SMA高速SEDES端口的SMA RX相连。配置Si5338发生器产生320MHz 参考时钟从CLK1端口输出通过线缆连接到装置的KC705开发板的高速串行传输器bank117的参考时钟输入口J10上；下载带有LOCx2解码器的串行速率为5.12Gbps和并行端口输出640MHz的两个8位宽的PRBS7伪随机序列的固件到KC705中，然后运行1小时，可实时观测和记录误码率情况，测试其误码率。LOCx2是用于强辐射环境工作的芯片，可以把它放到中子源辐射下或是 x-ray下进行误码率测试。这样测试人员就方便远离辐射区安全进行测试。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。