一种直流模拟信号低误差传输装置及方法与流程

本发明涉及光通信，尤其涉及一种直流模拟信号低误差传输装置及方法。

背景技术：

1、直流模拟信号光纤传输系统包括发送、接收设备，分别安装于不同传输节点，可以完成直流模拟信号发送、接收功能。发送设备将输入的信号依次经过滤波，a/d转换，电光变换后转换为光信号输出，接收设备负责接收光信号，经光电变换，d/a转换，滤波后输出。在雷达测控系统中，直流模拟信号可用于控制天线的转动，通常会要求传输后的幅度误差小于±5mv甚至±1mv，传输后信号的幅度误差主要受模、数变换的影响，如输入5v，使用16位的ad/da采样芯片，理论上输出信号的精度可以达到0.5mv以内，误差可小于±5mv。但在实际使用时，信号传输受各个器件的不一致性及环境温度的影响，很有可能会出现输出信号幅度误差变化至几十毫伏，不能满足系统的使用要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种直流模拟信号低误差传输装置及方法，旨在解决直流模拟信号光纤传输系统不能满足系统的使用要求的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种直流模拟信号低误差传输装置，包括发射设备和接受设备，所述发射设备包括基准电压产生模块、5选1切换开关、a/d模块、第一fpga模块和第一光电转换模块；所述接受设备包括第二光电转换模块、第二fpga模块、mcu模块、d/a模块和2选1切换开关，所述基准电压产生模块、所述5选1切换开关、所述a/d模块、所述第一fpga模块、所述第一光电转换模块、所述第二光电转换模块、所述第二fpga模块、所述d/a模块和所述2选1切换开关依次连接，所述mcu模块与所述第二fpga模块连接；

3、所述基准电压产生模块，用于产生误差测量所需的直流模拟信号；

4、所述5选1切换开关，用于控制所述a/d模块输入的连接，所述连接包括接地、基准模拟信号或外部输入直流模拟信号；

5、所述a/d模块，对外部输入所述直流模拟信号进行匹配、滤波、采样和转换为数字信号；

6、所述第一fpga模块，用于将所述数字信号以高速数据流传输给所述第一光电转换模块；

7、所述第一光电转换模块，用于将所述高速数据流电/光转换，得到光信号，并将所述光信号通过光缆传输到所述第二光电转换模块；

8、所述第二光电转换模块，用于接受所述光信号，通过光/电转换为高速数据流；

9、所述第二fpga模块，用于将所述高速数据流以数字信号传输给所述d/a模块；

10、所述mcu模块，通过总线接口向所述第二fpga模块下发指令；

11、所述d/a模块，用于将所述数字信号恢复为所述直流模拟信号，滤波放大后输出；

12、所述2选1切换开关，用于选择输出的所述直流模拟信号连接至所述mcu模块或设备外部接口。

13、其中，所述a/d模块的a/d采样为16位，电压范围-6v～+6v，采样频率1mhz，并行输出；

14、所述第一fpga模块和所述第二fpga模块的内部参考时钟125mhz，使用2.5gbps的高速串口；

15、所述第一光电转换模块和所述第二光电转换模块为收发一体，cwdm波长，最高传输速率2.5gbps，接收灵敏度≤-25dbm，输出光功率≤0dbm，传输距离≤50km，具备状态指示功能；

16、所述mcu模块的a/d采样位数为16位，采样频率1mhz，所述mcu模块与所述第二fpga模块之间通过spi总线进行数据交互；

17、所述d/a模块的d/a转换分辨率为16位，电压范围-6v～+6v，并行输入。

18、其中，所述第一fpga模块包括数字信号产生模块、第一幅度退差纠正单元、第一开关控制单元、第一编码控制单元和第一解码控制单元，所述数字信号产生模块、所述第一幅度退差纠正单元和第一开关控制单元与所述第一解码控制单元连接，且所述第一幅度退差纠正单元与所述第一编码控制单元连接；

19、所述数字信号产生模块，用于产生用于误差测量的数字信号；

20、所述第一幅度退差纠正单元，用于缓存接受到的所述数字信号，接收幅度修改指令，根据指令所述数字信号的值，得到修改信号；

21、所述第一开关控制单元，用于接收开关选择指令，根据指令控制切换开关的导通；

22、所述第一编码控制单元，用于将采样后的所述修改信号以及控制指令复用、编码后输出高速数据流；

23、所述第一解码控制单元，用于从高速数据流中解出接收设备回传的状态指示及控制指令。

24、其中，所述第二fpga模块包括第二幅度误差纠正单元、第二开关控制单元、第二解码控制单元、第二编码控制单元和总线接口，所述第二解码控制单元与所述第二幅度误差纠正单元和所述第二开关控制单元连接，所述总线接口与所述第二幅度误差纠正单元和所述第二编码控制单元；

25、所述第二解码控制单元，用于将收到的高速数据流分解为a/d数字信号及控制指令；

26、所述第二编码控制单元，用于将状态指示及控制指令复用、编码后转换为高速数据流回传；

27、所述第二开关控制单元，用于接收开关选择指令，根据指令控制切换开关的导通；

28、所述第二幅度误差纠正单元，接收到幅度修改指令，调整所述第二解码控制单元分解出的数字信号值。

29、第二方面，本发明提供了一种直流模拟信号低误差传输方法，包括以下步骤：

30、传输链接建立后，发送设备将首次接收到接收设备发出的开始正常工作状态指示，收到该指示后，传输装置进入校准模式，第一fpga模块生成开关控制指令，通过第一开关控制单元控制5选1切换开关，使开关的6与1信号输入端接地，同时生成2选1切换开关控制指令并传输至接收设备，第二开关控制单元收到指令后，设置2选1切换开关1与2输出的直流模拟信号连接至mcu模块；

31、第一fpga模块根据输入直流模拟信号电压范围，控制数字信号产生模块依次产生3组基准幅度的数字信号，对应的模拟电压值分别为-5v，0v,+5v,第一幅度误差纠正单元选择将此3组数字信号输出至第一编码控制单元，经复用、编码后转换为高速数据流，经电光转换为光信号后输出；

32、接收设备的光电转换模块与发送设备一致，收到的光信号经光/电转换恢复出高速数据流，输入至第二fpga模块，经过解码控制单元恢复出原始数字信号、时钟后进入第二幅度误差纠正单元，经时钟同步后输出至d/a模块，d/a模块经d/a转换、滤波后输出所对应的模拟信号；

33、d/a模块输出的信号输入到mcu模块的a/d采样接口，mcu模块读取收到的信号幅度值v1、v2、v3，并与设定的基准电压幅度-5v，0v,+5v进行比较，分别计算出每一路的差值，得出此次传输过程中误差的平均值δv1，生成幅度修改指令并通过spi通信总线下发至第二fpga模块的第二幅度误差纠正单元；

34、第二幅度误差纠正单元按照mcu的指令对后续收到的数字信号d1数值的大小进行修改，由于装置使用的ad,da芯片为16位，幅度范围-6v～+6v，据此计算出采样后的量化级数为65536，分辨率为0.18mv,则修改后的数字信号量化级数为d1+δv1/0.18，修改完成后，会产生一个接收设备幅度误差调整完成指示，并经光纤回传至发送设备，至此,完成整个传输链路中光电变换及后级da转换所产生幅度误差的调整；

35、根据输入直流模拟信号的范围为-5v～+5v，设置基准电压产生模块产生3组电压-5v，0v,+5v，分别连接至5选1切换开关的2,3,4脚，发送设备收到幅度误差调整完成指示后，数字信号产生模块停止产生数字信号，第一开关控制单元发出控制指令给5选1切换开关，依次选择1与2导通，1与3导通，1与4导通，即基准电压输入至a/d模块；

36、a/d模块依次对3组输入的模拟电压信号滤波、采样，产生的数字信号d2处理流程与数字信号产生模块产生的数字信号处理流程一致，经复用、编码、电光转换后通过光纤传输至接收设备；

37、接收设备接收光信号并恢复出直流模拟信号，mcu模块将恢复出来的每一路模拟信号v4、v5、v6与对应的基准电压幅度-5v，0v,+5v比较，得到误差平均值δv2，并产生修改指令，该指令通过spi总线输入至第二fpga模块，通过光纤回传至发送设备；

38、发送设备接收光信号并解析出幅度修改指令，第一fpga模块的第一幅度误差纠正单元根据指令修改数字信号d2的值，使得幅度的误差达到正常的值，数字信号d2的值修改为d2+δv2/0.18,完成前级ad转换所产生幅度误差的调整；

39、第一幅度误差纠正单元调整完成后产生状态指示信号，控制使5选1切换开关切换至输入信号为外部输入，即5与1导通，2选1切换开关切换至输出信号与外部输出接口相连，即3与1导通，至此，误差调整完成，传输装置退出校准模式，转入正常工作状态，第一fpga模块和所述第二fpga模块的幅度纠正单元根据得到的幅度误差修改指令，对后续输入的直流模拟信号进行调整。

40、本发明的一种直流模拟信号低误差传输装置，通过所述基准电压产生模块，用于产生误差测量所需的直流模拟信号；所述5选1切换开关，用于控制所述a/d模块输入的连接，所述连接包括接地、基准模拟信号或外部输入直流模拟信号；所述a/d模块，对外部输入所述直流模拟信号进行匹配、滤波、采样和转换为数字信号；所述第一fpga模块，用于将所述数字信号以高速数据流传输给所述第一光电转换模块；所述第一光电转换模块，用于将所述高速数据流电/光转换，得到光信号，并将所述光信号通过光缆传输到所述第二光电转换模块；所述第二光电转换模块，用于接受所述光信号，通过光/电转换为高速数据流；所述第二fpga模块，用于将所述高速数据流以数字信号传输给所述d/a模块；所述mcu模块，通过总线接口向所述第二fpga模块下发指令；所述d/a模块，用于将所述数字信号恢复为所述直流模拟信号，滤波放大后输出；所述2选1切换开关，用于选择输出的所述直流模拟信号连接至所述mcu模块或设备外部接口，有益效果：本发明通过发送设备产生基准数字信号或基准直流模拟信号，经实际传输路径后，在接收设备的mcu模块与基准电压进行比对，得到每一段传输路径所产生的误差的平均值，根据此数值对相应路径的误差进行调整，可确保误差在不同的条件下保持稳定，解决了信号输出幅度受器件及环境温度变化的影响，满足传输系统对幅度低误差变化的使用要求；同时，通过对不同传输路径进行调整，可应用于多路直流模拟信号的交叉传输，即某一路输入对应任意一路输出时，同样可以保证传输的低误差。解决了直流模拟信号光纤传输系统不能满足系统的使用要求的问题。