專利名稱：一種基于PXIe合成儀器架構(gòu)的射頻和微波綜合儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻/微波儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于PXIe合成儀器架構(gòu)的射頻和微波綜合儀器。
背景技術(shù)：
當(dāng)今自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中最大的問(wèn)題不是在新裝備的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中吸納先進(jìn)技術(shù)使其達(dá)到更高測(cè)試性能，而是對(duì)已有的和新的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在20多年或更長(zhǎng)壽命周期的
管理問(wèn)題。武器系統(tǒng)的更新和管理，延長(zhǎng)了武器系統(tǒng)的壽命，可能是20年或更長(zhǎng)，這要求自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)也可以在這么長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)對(duì)其進(jìn)行保障。武器系統(tǒng)持續(xù)的過(guò)時(shí)管理問(wèn)題的費(fèi)用相對(duì)來(lái)說(shuō)是有保證的，但是要為現(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)提供大筆費(fèi)用就困難的多。因此，為了防止以后出現(xiàn)同樣的問(wèn)題，現(xiàn)在就必須解決未來(lái)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)過(guò)時(shí)管理問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和國(guó)外早期的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中大量采用專門的設(shè)計(jì)電路完成武器系統(tǒng)的測(cè)試保障工作，這些測(cè)試儀器很快在技術(shù)上就過(guò)時(shí)了，因?yàn)闊o(wú)法獲得備件，保障工作越來(lái)越困難，而且維修費(fèi)用也越來(lái)越高。目前，合成儀器是一種較好的技術(shù)解決途徑，合成儀器的發(fā)展是對(duì)傳統(tǒng)的單一儀器的補(bǔ)充，人們可以選擇不同的合成儀器部件以滿足所需儀器性能方面的要求，以避免設(shè)備技術(shù)過(guò)時(shí)問(wèn)題。由于合成儀器的信號(hào)發(fā)生和信號(hào)處理等通過(guò)與硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)的軟件程序來(lái)完成，通過(guò)下載新程序或更新驅(qū)動(dòng)程序就可以改變或擴(kuò)充儀器的性能。當(dāng)出現(xiàn)技術(shù)過(guò)時(shí)問(wèn)題時(shí)，采用通用的編程標(biāo)準(zhǔn)如IVI可以很容易地過(guò)渡到替代的硬件和軟件上。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)處理能力加強(qiáng)了，費(fèi)用降低了。A/D和D/A轉(zhuǎn)換器也已商品化，并且轉(zhuǎn)換速度和分辨率逐年提高。這些都為合成儀器提供有力的技術(shù)支撐。PXIe是新一代測(cè)試總線，具有更小的體積和更高的性能，因此，具有PXIe架構(gòu)的合成儀器能夠解決通信/雷達(dá)電子裝備測(cè)試系統(tǒng)小型化外，還具有更低的成本和更高的機(jī)動(dòng)性能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于PXIe合成儀器架構(gòu)的射頻/微波綜合儀器，通過(guò)共用處理模塊，以解決通信/雷達(dá)電子裝備測(cè)試系統(tǒng)的小型化，滿足新一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的需求。為達(dá)到上述目的，該方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種基于PXIe合成儀器架構(gòu)的射頻和微波綜合儀器，該綜合儀器包括控制平臺(tái)、 PXIe系統(tǒng)控制器、數(shù)字化儀模塊、信號(hào)發(fā)生器模塊、下變頻模塊、下變頻本振、上變頻模塊、 上變頻本振和合成儀器硬件接口；控制平臺(tái)通過(guò)PXIe系統(tǒng)控制器接入PXIe總線，數(shù)字化儀模塊、信號(hào)發(fā)生器模塊、 下變頻模塊、下變頻本振、上變頻模塊和上變頻本振均接入PXIe總線，合成儀器硬件接口與數(shù)字化儀模塊以及合成儀器硬件接口與信號(hào)發(fā)生器模塊之間具有信號(hào)線直通通道；下變頻模塊連接下變頻本振和數(shù)字化儀模塊，上變頻模塊連接上變頻本振和信號(hào)發(fā)生器模塊； 下變頻模塊和上變頻模塊連接合成儀器硬件接口；PXIe系統(tǒng)控制器，用于將控制平臺(tái)的信息編譯為符合PXIe總線協(xié)議的數(shù)據(jù)在 PXIe總線上傳輸，解析從PXIe總線上獲取的數(shù)據(jù)并發(fā)送給控制平臺(tái)；信號(hào)發(fā)生器模塊通過(guò)選定作為任意波形發(fā)生器或基帶信號(hào)發(fā)生器；該信號(hào)發(fā)生器模塊包括兩個(gè)信號(hào)產(chǎn)生通道，在作為任意波發(fā)生器時(shí)，采用任意一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生通道，根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息產(chǎn)生波形信號(hào)通過(guò)信號(hào)線直通通道輸出到合成儀器硬件接口 ；在作為基帶發(fā)生器時(shí)，根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息，兩個(gè)信號(hào)產(chǎn)生通道產(chǎn)生正交的IQ兩路信號(hào)作為基帶信號(hào)輸出到上變頻模塊；上變頻模塊，用于對(duì)來(lái)自信號(hào)發(fā)生器模塊的基帶信號(hào)進(jìn)行上變頻，然后通過(guò)合成儀器硬件接口發(fā)射出去；上變頻本振，用于為上變頻模塊提供本振信號(hào)；下變頻模塊，用于對(duì)來(lái)自合成儀器硬件接口的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，然后將得到的中頻信號(hào)發(fā)送給數(shù)字化儀模塊；下變頻本振，用于為下變頻模塊提供本振信號(hào)；數(shù)字化儀模塊通過(guò)選定作為時(shí)域數(shù)字化儀或中頻數(shù)字化儀，該數(shù)字化儀模塊根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息對(duì)接收到的頻率信號(hào)進(jìn)行選定功能對(duì)應(yīng)的處理，然后發(fā)送給控制平臺(tái)；控制平臺(tái)，用于根據(jù)外部選定的本綜合儀器功能進(jìn)行各模塊的配置當(dāng)選定時(shí)域數(shù)字化儀功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置數(shù)字化儀模塊通過(guò)信號(hào)線直通通道直接從合成儀器硬件接口接收低頻信號(hào)，由數(shù)字化儀模塊對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)PXIe總線將處理結(jié)果發(fā)送到控制平臺(tái)；當(dāng)選定中頻數(shù)字化儀功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)并配置下變頻本振和下變頻模塊，配置數(shù)字化儀模塊直接從下變頻模塊接收中頻信號(hào)，對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)PXIe總線將處理結(jié)果發(fā)送到控制平臺(tái)；當(dāng)選定任意波發(fā)生器功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器模塊切換到任意波形發(fā)生器功能，并將產(chǎn)生的波形通過(guò)信號(hào)線直通通道發(fā)送給合成儀器硬件接口 ；當(dāng)選定射頻信號(hào)源功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器模塊切換到基帶信號(hào)發(fā)生器功能，并且啟動(dòng)和配置上變頻模塊和上變頻本振模塊，基帶信號(hào)發(fā)生器將產(chǎn)生的兩路IQ兩路信號(hào)發(fā)送給上變頻模塊。其中，所述中頻數(shù)字化儀功能包括射頻頻譜儀功能；所述控制平臺(tái)進(jìn)一步用于當(dāng)選定所述數(shù)字化儀模塊處于射頻頻譜儀功能時(shí)，控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)下變頻本振和下變頻模塊工作，配置下變頻本振的本振頻率在一個(gè)范圍內(nèi)循環(huán)變化，從而實(shí)現(xiàn)掃頻功能；下變頻模塊具有多個(gè)中頻頻率IF，每個(gè)IF對(duì)應(yīng)一個(gè)帶寬，控制平臺(tái)配置下變頻模塊的IF，使得輸出給數(shù)字化儀模塊的信號(hào)在所需帶寬內(nèi)；控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置數(shù)字化儀模塊直接從下變頻模塊接收中頻信號(hào)，由數(shù)字化儀模塊對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，然后通過(guò)PXIe總線將存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)發(fā)送到控制平臺(tái)，由控制平臺(tái)完成頻譜分析過(guò)程；
其中，中頻數(shù)字化儀功能包括矢量信號(hào)分析儀功能；所述控制平臺(tái)進(jìn)一步用于當(dāng)選定所述數(shù)字化儀模塊處于矢量信號(hào)分析儀功能時(shí)，控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)下變頻本振和下變頻模塊工作，配置下變頻本振的本振頻率固定在預(yù)設(shè)的點(diǎn)頻，配置下變頻模塊的IF，使得輸出給數(shù)字化儀模塊的信號(hào)在所需帶寬內(nèi)；控制平臺(tái)配置數(shù)字化儀模塊直接從下變頻模塊接收中頻信號(hào)，由數(shù)字化儀模塊對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻，得到 I、Q分量通過(guò)PXIe總線發(fā)送到控制平臺(tái)，由控制平臺(tái)完成矢量信號(hào)分析功能。優(yōu)選地，所述數(shù)字化儀模塊包括中頻數(shù)字化儀輸入端口、時(shí)域數(shù)字化儀輸入端口、 端口選擇電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字處理單元；所述數(shù)字處理單元包括中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道、時(shí)域數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道和PXIe總線接口 ；a)數(shù)字化儀模塊處于時(shí)域數(shù)字化儀功能時(shí)端口選擇電路根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息選擇時(shí)域數(shù)字化儀輸入端口接收來(lái)自合成儀器硬件接口的信號(hào)，所接收信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后送入時(shí)域數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道；時(shí)域數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道實(shí)現(xiàn)觸發(fā)檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和波形參數(shù)估計(jì)處理，處理結(jié)果通過(guò)PXIe總線接口送入控制平臺(tái)；b)數(shù)字化儀模塊處于中頻數(shù)字化儀功能時(shí)端口選擇電路根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息選擇中頻數(shù)字化儀輸入端口接收來(lái)自下變頻模塊的信號(hào)，所接收信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后送入中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道；中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，處理結(jié)果通過(guò)PXIe總線接口送入控制平臺(tái)。優(yōu)選地，所述信號(hào)發(fā)生器模塊包括任意波形發(fā)生器端口、基帶信號(hào)發(fā)生器I端口、 基帶信號(hào)發(fā)生器Q端口、PXIe總線接口、波形引擎、存儲(chǔ)管理模塊、存儲(chǔ)芯片、基帶信號(hào)處理引擎、雙通道D/A轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路A和信號(hào)調(diào)理電路B ；c)信號(hào)發(fā)生器模塊處于任意波形發(fā)生器功能時(shí)PXIe總線接口將控制平臺(tái)配置的波形數(shù)據(jù)通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊下載到存儲(chǔ)芯片中； 啟動(dòng)工作后，波形引擎通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊從存儲(chǔ)芯片中獲取波形數(shù)據(jù)，并直接送給雙通道 D/A轉(zhuǎn)換器的其中一個(gè)通道進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出，信號(hào)調(diào)理電路A依據(jù)配置的波形參數(shù)對(duì)雙通道D/A轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行幅值調(diào)整和偏置操作，最終將模擬波形信號(hào)通過(guò)任意波形發(fā)生器端口直接輸出給合成儀器硬件接口；d)信號(hào)發(fā)生器模塊處于基帶信號(hào)發(fā)生器功能時(shí)PXIe總線接口將控制平臺(tái)配置的波形數(shù)據(jù)通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊下載到存儲(chǔ)芯片中； 啟動(dòng)工作后，波形引擎通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊從存儲(chǔ)芯片中獲取波形數(shù)據(jù)，并送給基帶信號(hào)處理引擎進(jìn)行內(nèi)插和數(shù)字濾波處理，得到I、Q兩路數(shù)字信號(hào)，I、Q兩路數(shù)字信號(hào)分別送給雙通道D/A轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)通道進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，兩個(gè)信號(hào)調(diào)理電路依據(jù)配置的波形參數(shù)對(duì)雙通道 D/A轉(zhuǎn)換器輸出的兩路信號(hào)進(jìn)行幅值調(diào)整和偏置操作，最終將I、Q兩路模擬信號(hào)送通過(guò)基帶信號(hào)發(fā)生器I端口和Q端口輸出給上變頻模塊。有益效果本發(fā)明基于PXIe架構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種綜合了信號(hào)源和分析儀的綜合儀器?？刂破脚_(tái)通過(guò)PXIe總線配置本儀器工作在某個(gè)功能下。本發(fā)明采用了共用處理模塊，以解決通信/ 雷達(dá)電子裝備測(cè)試系統(tǒng)的小型化問(wèn)題。通過(guò)PXIe總線，控制平臺(tái)還可以升級(jí)數(shù)字化儀模塊和信號(hào)發(fā)生器模塊的功能，從而滿足了測(cè)試系統(tǒng)更新?lián)Q代的需要。本發(fā)明還提供了數(shù)字化儀模塊以及信號(hào)發(fā)生器模塊的實(shí)施范例，其盡可能的共有相同功能的模塊，有利于設(shè)備小型化。


圖1為本發(fā)明基于PXIe合成儀器架構(gòu)的射頻/微波綜合儀器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中數(shù)字化儀模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1中信號(hào)發(fā)生器模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于PXIe合成儀器架構(gòu)的射頻/微波綜合儀器，如圖1 所示，該綜合儀器包括控制平臺(tái)、PXIe系統(tǒng)控制器、數(shù)字化儀模塊、信號(hào)發(fā)生器模塊、下變頻模塊、下變頻本振、上變頻模塊、上變頻本振和合成儀器硬件接口。上述這些組成部件可以設(shè)置于PXIe機(jī)箱中，PXIe系統(tǒng)控制器可以采用PXIe嵌入式系統(tǒng)控制器或PXIe外掛式系統(tǒng)控制器。而且，PXIe機(jī)箱、PXIe系統(tǒng)控制器可以選用標(biāo)準(zhǔn)的貨架產(chǎn)品。上述各模塊的連接關(guān)系為控制平臺(tái)通過(guò)PXIe系統(tǒng)控制器接入PXIe總線，數(shù)字化儀模塊、信號(hào)發(fā)生器模塊、下變頻模塊、下變頻本振、上變頻模塊和上變頻本振均接入PXIe 總線，合成儀器硬件接口與數(shù)字化儀模塊以及合成儀器硬件接口與信號(hào)發(fā)生器模塊之間具有信號(hào)線直通通道；下變頻模塊連接下變頻本振和數(shù)字化儀模塊，上變頻模塊連接上變頻本振和信號(hào)發(fā)生器模塊；下變頻模塊和上變頻模塊連接合成儀器硬件接口 ；合成儀器硬件接口向外部被測(cè)對(duì)象發(fā)射信號(hào)或接收來(lái)自外部的信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器模塊、上變頻本振、上變頻模塊構(gòu)成射頻/微波信號(hào)源，可以產(chǎn)生用戶設(shè)置的任意波形或者基帶信號(hào)。數(shù)字化儀模塊、下變頻本振、下變頻模塊構(gòu)成射頻/微波分析儀器，其可以作為頻譜分析儀、矢量信號(hào)分析儀等常用射頻/微波儀器?？刂破脚_(tái)通過(guò) PXIe總線選通相應(yīng)模塊，從而實(shí)現(xiàn)本綜合儀器處于其中一種功能。下面對(duì)各個(gè)組成部件的功能進(jìn)行詳細(xì)描述。PXIe系統(tǒng)控制器，用于將控制平臺(tái)的信息編譯為符合PXIe總線協(xié)議的數(shù)據(jù)在 PXIe總線上傳輸，解析從PXIe總線上獲取的數(shù)據(jù)并發(fā)送給控制平臺(tái)。信號(hào)發(fā)生器模塊通過(guò)選定可作為任意波形發(fā)生器或基帶信號(hào)發(fā)生器。該信號(hào)發(fā)生器模塊包括兩個(gè)信號(hào)產(chǎn)生通道，在作為任意波發(fā)生器時(shí)，采用任意一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生通道，根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息產(chǎn)生設(shè)定波形通過(guò)信號(hào)線直通通道輸出到合成儀器硬件接口 ； 在作為基帶發(fā)生器時(shí)，根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息，兩個(gè)信號(hào)產(chǎn)生通道產(chǎn)生正交的IQ兩路信號(hào)作為基帶信號(hào)輸出到上變頻模塊。通過(guò)PXIe總線可以更新信號(hào)發(fā)生器模塊的固件， 以便于升級(jí)。上變頻模塊，用于對(duì)來(lái)自信號(hào)發(fā)生器模塊的基帶信號(hào)進(jìn)行上變頻，然后通過(guò)合成儀器硬件接口發(fā)射出去。上變頻本振，用于為上變頻模塊提供本振信號(hào)。下變頻模塊，用于對(duì)來(lái)自合成儀器硬件接口的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，然后將得到的中頻信號(hào)發(fā)送給數(shù)字化儀模塊。下變頻本振，用于為下變頻模塊提供本振信號(hào)。數(shù)字化儀模塊通過(guò)選定可作為時(shí)域數(shù)字化儀即示波器或具有數(shù)據(jù)處理功能的中頻數(shù)字化儀，該數(shù)字化儀模塊根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息對(duì)接收到的頻率信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，然后發(fā)送給控制平臺(tái)。通過(guò)PXIe總線可以更新數(shù)字化儀模塊的固件，以便于升級(jí)?？刂破脚_(tái)，用于根據(jù)外部選定的本綜合儀器功能對(duì)各模塊進(jìn)行配置(1)當(dāng)選定時(shí)域數(shù)字化儀功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置數(shù)字化儀模塊通過(guò)信號(hào)線直通通道直接從合成儀器硬件接口接收低頻信號(hào)，由數(shù)字化儀模塊對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)PXIe總線將處理結(jié)果(存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)和波形參數(shù))發(fā)送到控制平臺(tái)；(2)當(dāng)選定中頻數(shù)字化儀功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)下變頻本振和下變頻模塊工作，控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置數(shù)字化儀模塊直接從下變頻模塊接收中頻信號(hào)，對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)PXIe總線將處理結(jié)果發(fā)送到控制平臺(tái)。中頻數(shù)字化儀功能還可以具體化為射頻頻譜儀功能、矢量信號(hào)分析儀功能以及其他中頻數(shù)字化儀功能。具體來(lái)說(shuō)·當(dāng)選定射頻頻譜儀功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)下變頻本振和下變頻模塊工作，配置下變頻本振的本振頻率在一個(gè)范圍內(nèi)循環(huán)變化，從而實(shí)現(xiàn)掃頻功能；下變頻模塊具有多個(gè)中頻頻率IF， 每個(gè)IF對(duì)應(yīng)一個(gè)帶寬，控制平臺(tái)配置下變頻模塊的IF，使得輸出給數(shù)字化儀模塊的信號(hào)在所需帶寬內(nèi)；控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置數(shù)字化儀模塊直接從下變頻模塊接收中頻信號(hào)， 由數(shù)字化儀模塊對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，然后通過(guò)PXIe總線將存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)和波形參數(shù)發(fā)送到控制平臺(tái)，控制平臺(tái)完成頻譜分析過(guò)程。 當(dāng)選定矢量信號(hào)分析儀功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)下變頻本振和下變頻模塊工作，配置下變頻本振的本振頻率固定在預(yù)設(shè)的點(diǎn)頻，配置下變頻模塊的IF，使得輸出給數(shù)字化儀模塊的信號(hào)在所需帶寬內(nèi)；控制平臺(tái)配置數(shù)字化儀模塊直接從下變頻模塊接收中頻信號(hào)，由數(shù)字化儀模塊對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻，得到I、Q分量通過(guò)PXIe總線發(fā)送到控制平臺(tái)，控制平臺(tái)完成矢量信號(hào)分析功能。(3)當(dāng)選定任意波發(fā)生器功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器模塊切換到任意波形發(fā)生器功能，并將產(chǎn)生的波形通過(guò)信號(hào)線直通通道經(jīng)由合成儀器硬件接口發(fā)送出去。(4)當(dāng)選定射頻信號(hào)源功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器模塊切換到基帶信號(hào)發(fā)生器功能，并且啟動(dòng)和配置上變頻模塊和上變頻本振模塊，基帶信號(hào)發(fā)生器將產(chǎn)生的兩路IQ兩路信號(hào)發(fā)送給上變頻模塊。優(yōu)先地，在綜合儀器處理頻率較高時(shí)，該綜合儀器可以進(jìn)一步包括第一預(yù)選器，該預(yù)選器為可編程濾波器。第一預(yù)選器與下變頻模塊相連并且接入PXIe總線，第一預(yù)選器在下變頻模塊之前濾波從合成儀器硬件接口輸入的射頻信號(hào)；控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置第一預(yù)選器參與或不參與射頻信號(hào)濾波處理，以及參與濾波處理情況下的中心頻率。同樣，該綜合儀器還可以進(jìn)一步包括第二預(yù)選器，該預(yù)選器為可編程濾波器。第二預(yù)選器與上變頻模塊相連并且接入PXIe總線，第二預(yù)選器對(duì)上變頻模塊輸出的射頻信號(hào)進(jìn)行濾波；控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置第二預(yù)選器參與或不參與射頻信號(hào)濾波處理，以及參與濾波處理情況下的中心頻率?？梢?jiàn)，本發(fā)明基于PXIe架構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種綜合了信號(hào)源和分析儀的綜合儀器?？刂破脚_(tái)通過(guò)PXIe總線配置本儀器工作在某個(gè)功能下。本發(fā)明采用了共用處理模塊，以解決通信/雷達(dá)電子裝備測(cè)試系統(tǒng)的小型化問(wèn)題。通過(guò)PXIe總線，控制平臺(tái)還可以升級(jí)數(shù)字化儀模塊和信號(hào)發(fā)生器模塊的功能，從而滿足了測(cè)試系統(tǒng)更新?lián)Q代的需要。圖2為本實(shí)施例中數(shù)字化儀模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，數(shù)字化儀模塊有兩個(gè)輸入端口，分別為中頻數(shù)字化儀輸入端口和時(shí)域數(shù)字化儀輸入端口，中頻數(shù)字化儀輸入端口連接下變頻模塊，時(shí)域數(shù)字化儀輸入端口連接合成儀器硬件接口。數(shù)字化儀模塊還包括端口選擇電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字處理單元。數(shù)字處理單元包括中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道、時(shí)域數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道和PXIe總線接口。a)處于時(shí)域數(shù)字化儀功能時(shí)，端口選擇電路根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息選擇時(shí)域數(shù)字化儀輸入端口的信號(hào)，所接收信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后送入時(shí)域數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道，時(shí)域數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道主要實(shí)現(xiàn)觸發(fā)檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和波形參數(shù)估計(jì)處理，處理結(jié)果通過(guò)PXIe總線接口送入控制平臺(tái)。b)處于中頻數(shù)字化儀功能時(shí)，端口選擇電路根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息選擇中頻數(shù)字化儀輸入端口的信號(hào)，所接收信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后送入中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道，中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道主要實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，處理結(jié)果通過(guò)PXIe總線接口送入控制平臺(tái)。上文已經(jīng)提及，中頻數(shù)字化儀功能具體分為射頻頻譜儀功能和矢量信號(hào)分析儀功能。當(dāng)選定射頻頻譜儀功能時(shí)，中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道完成中頻信號(hào)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，然后通過(guò)PXIe總線將存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)發(fā)送到控制平臺(tái)；當(dāng)選定矢量信號(hào)分析儀功能時(shí)，中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻，得到I、Q分量通過(guò)PXIe 總線發(fā)送到控制平臺(tái)。該數(shù)字處理單元可通過(guò)FPGA芯片或FPGA芯片+DSP芯片實(shí)現(xiàn)。圖3為本實(shí)施例中信號(hào)發(fā)生器模塊的具體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該信號(hào)發(fā)生器模塊有三個(gè)輸出端口，分別為任意波形發(fā)生器輸出端口、基帶信號(hào)發(fā)生器I端口和基帶信號(hào)發(fā)生器Q端口。信號(hào)發(fā)生器模塊還包括PXIe總線接口、波形引擎、存儲(chǔ)管理模塊、存儲(chǔ)芯片、基帶信號(hào)處理引擎、雙通道D/A轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路A和信號(hào)調(diào)理電路B。任意波形發(fā)生器信號(hào)和基帶信號(hào)發(fā)生器I支路共享同一信號(hào)調(diào)理電路A，兩個(gè)信號(hào)調(diào)理電路A、B分別連接雙通道D/A轉(zhuǎn)換器的A、B兩個(gè)通道的輸出端，雙通道D/A轉(zhuǎn)換器A通道的輸入端連接基帶信號(hào)處理引擎的I路信號(hào)輸出口以及波形引擎，雙通道D/A轉(zhuǎn)換器B通道的輸入端連接基帶信號(hào)處理引擎的Q路信號(hào)輸出口。c)處于任意波形發(fā)生器功能時(shí)，PXIe總線接口將控制平臺(tái)配置的波形數(shù)據(jù)(這里可以為歸一化波形數(shù)據(jù))通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊下載到存儲(chǔ)芯片中。啟動(dòng)工作后，波形引擎通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊從存儲(chǔ)芯片中獲取波形數(shù)據(jù)，并直接送給雙通道D/A轉(zhuǎn)換器的A通道，信號(hào)調(diào)理電路A依據(jù)配置的波形參數(shù)對(duì)雙通道D/A轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行幅值調(diào)整(放大、衰減) 和偏置操作，最終將得到的模擬波形信號(hào)送至任意波形發(fā)生器端口。d)處于基帶信號(hào)發(fā)生器功能時(shí)，PXIe總線接口將控制平臺(tái)配置的波形數(shù)據(jù)通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊下載到存儲(chǔ)芯片中，啟動(dòng)工作后，波形引擎通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊從存儲(chǔ)芯片中獲取波形數(shù)據(jù)，并送給基帶信號(hào)處理引擎進(jìn)行內(nèi)插和數(shù)字濾波處理，得到I、Q兩路數(shù)字信號(hào)，I、Q兩路數(shù)字信號(hào)分別送給雙通道D/A轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)通道進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，兩個(gè)信號(hào)調(diào)理電路依據(jù)配置的波形參數(shù)對(duì)雙通道D/A轉(zhuǎn)換器輸出的兩路信號(hào)進(jìn)行幅值調(diào)整(放大、衰減) 和偏置操作，最終將I、Q兩路模擬信號(hào)送至基帶信號(hào)發(fā)生器的I端口和Q端口。圖2和圖3示出的結(jié)構(gòu)最大程度共用模塊，有利于小型化。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于PXIe合成儀器架構(gòu)的射頻和微波綜合儀器，其特征在于，該綜合儀器包括控制平臺(tái)、PXIe系統(tǒng)控制器、數(shù)字化儀模塊、信號(hào)發(fā)生器模塊、下變頻模塊、下變頻本振、上變頻模塊、上變頻本振和合成儀器硬件接口 ；控制平臺(tái)通過(guò)PXIe系統(tǒng)控制器接入PXIe總線，數(shù)字化儀模塊、信號(hào)發(fā)生器模塊、下變頻模塊、下變頻本振、上變頻模塊和上變頻本振均接入PXIe總線，合成儀器硬件接口與數(shù)字化儀模塊以及合成儀器硬件接口與信號(hào)發(fā)生器模塊之間具有信號(hào)線直通通道；下變頻模塊連接下變頻本振和數(shù)字化儀模塊，上變頻模塊連接上變頻本振和信號(hào)發(fā)生器模塊；下變頻模塊和上變頻模塊連接合成儀器硬件接口；PXIe系統(tǒng)控制器，用于將控制平臺(tái)的信息編譯為符合PXIe總線協(xié)議的數(shù)據(jù)在PXIe總線上傳輸，解析從PXIe總線上獲取的數(shù)據(jù)并發(fā)送給控制平臺(tái)；信號(hào)發(fā)生器模塊通過(guò)選定作為任意波形發(fā)生器或基帶信號(hào)發(fā)生器；該信號(hào)發(fā)生器模塊包括兩個(gè)信號(hào)產(chǎn)生通道，在作為任意波發(fā)生器時(shí)，采用任意一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生通道，根據(jù)來(lái)自 PXIe總線的配置信息產(chǎn)生波形信號(hào)通過(guò)信號(hào)線直通通道輸出到合成儀器硬件接口 ；在作為基帶發(fā)生器時(shí)，根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息，兩個(gè)信號(hào)產(chǎn)生通道產(chǎn)生正交的IQ兩路信號(hào)作為基帶信號(hào)輸出到上變頻模塊；上變頻模塊，用于對(duì)來(lái)自信號(hào)發(fā)生器模塊的基帶信號(hào)進(jìn)行上變頻，然后通過(guò)合成儀器硬件接口發(fā)射出去；上變頻本振，用于為上變頻模塊提供本振信號(hào)；下變頻模塊，用于對(duì)來(lái)自合成儀器硬件接口的射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻，然后將得到的中頻信號(hào)發(fā)送給數(shù)字化儀模塊；下變頻本振，用于為下變頻模塊提供本振信號(hào)；數(shù)字化儀模塊通過(guò)選定作為時(shí)域數(shù)字化儀或中頻數(shù)字化儀，該數(shù)字化儀模塊根據(jù)來(lái)自 PXIe總線的配置信息對(duì)接收到的頻率信號(hào)進(jìn)行選定功能對(duì)應(yīng)的處理，然后發(fā)送給控制平臺(tái)；控制平臺(tái)，用于根據(jù)外部選定的本綜合儀器功能進(jìn)行各模塊的配置 當(dāng)選定時(shí)域數(shù)字化儀功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置數(shù)字化儀模塊通過(guò)信號(hào)線直通通道直接從合成儀器硬件接口接收低頻信號(hào)，由數(shù)字化儀模塊對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò)PXIe總線將處理結(jié)果發(fā)送到控制平臺(tái)；當(dāng)選定中頻數(shù)字化儀功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)并配置下變頻本振和下變頻模塊，配置數(shù)字化儀模塊直接從下變頻模塊接收中頻信號(hào)，對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行處理，然后通過(guò) PXIe總線將處理結(jié)果發(fā)送到控制平臺(tái)；當(dāng)選定任意波發(fā)生器功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器模塊切換到任意波形發(fā)生器功能，并將產(chǎn)生的波形通過(guò)信號(hào)線直通通道發(fā)送給合成儀器硬件接口 ；當(dāng)選定射頻信號(hào)源功能控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器模塊切換到基帶信號(hào)發(fā)生器功能，并且啟動(dòng)和配置上變頻模塊和上變頻本振模塊，基帶信號(hào)發(fā)生器將產(chǎn)生的兩路IQ兩路信號(hào)發(fā)送給上變頻模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的綜合儀器，其特征在于，該綜合儀器進(jìn)一步包括第一預(yù)選器； 第一預(yù)選器與下變頻模塊相連并且接入PXIe總線，第一預(yù)選器在下變頻模塊之前濾波輸入的射頻信號(hào)；控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置第一預(yù)選器參與或不參與射頻信號(hào)濾波處理，以及參與濾波處理情況下的中心頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的綜合儀器，其特征在于，該綜合儀器進(jìn)一步包括第二預(yù)選器；第二預(yù)選器與上變頻模塊相連并且接入PXIe總線，第二預(yù)選器對(duì)上變頻模塊輸出的射頻信號(hào)進(jìn)行濾波；控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置第二預(yù)選器參與或不參與射頻信號(hào)濾波處理，以及參與濾波處理情況下的中心頻率。
4.如權(quán)利要求1所述的綜合儀器，其特征在于，所述中頻數(shù)字化儀功能包括射頻頻譜儀功能；所述控制平臺(tái)進(jìn)一步用于當(dāng)選定所述數(shù)字化儀模塊處于射頻頻譜儀功能時(shí)，控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)下變頻本振和下變頻模塊工作，配置下變頻本振的本振頻率在一個(gè)范圍內(nèi)循環(huán)變化，從而實(shí)現(xiàn)掃頻功能；下變頻模塊具有多個(gè)中頻頻率IF，每個(gè)IF對(duì)應(yīng)一個(gè)帶寬，控制平臺(tái)配置下變頻模塊的IF，使得輸出給數(shù)字化儀模塊的信號(hào)在所需帶寬內(nèi)；控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線配置數(shù)字化儀模塊直接從下變頻模塊接收中頻信號(hào)，由數(shù)字化儀模塊對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，然后通過(guò)PXIe總線將存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)發(fā)送到控制平臺(tái)，由控制平臺(tái)完成頻譜分析過(guò)程。
5.如權(quán)利要求1所述的綜合儀器，其特征在于，中頻數(shù)字化儀功能包括矢量信號(hào)分析儀功能；所述控制平臺(tái)進(jìn)一步用于當(dāng)選定所述數(shù)字化儀模塊處于矢量信號(hào)分析儀功能時(shí)，控制平臺(tái)通過(guò)PXIe總線啟動(dòng)下變頻本振和下變頻模塊工作，配置下變頻本振的本振頻率固定在預(yù)設(shè)的點(diǎn)頻，配置下變頻模塊的IF，使得輸出給數(shù)字化儀模塊的信號(hào)在所需帶寬內(nèi)；控制平臺(tái)配置數(shù)字化儀模塊直接從下變頻模塊接收中頻信號(hào)，由數(shù)字化儀模塊對(duì)中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字下變頻，得到I、Q 分量通過(guò)PXIe總線發(fā)送到控制平臺(tái)，由控制平臺(tái)完成矢量信號(hào)分析功能。
6.如權(quán)利要求1所述的綜合儀器，其特征在于，所述數(shù)字化儀模塊包括中頻數(shù)字化儀輸入端口、時(shí)域數(shù)字化儀輸入端口、端口選擇電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字處理單元；所述數(shù)字處理單元包括中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道、時(shí)域數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道和PXIe總線接口 ；a)數(shù)字化儀模塊處于時(shí)域數(shù)字化儀功能時(shí)端口選擇電路根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息選擇時(shí)域數(shù)字化儀輸入端口接收來(lái)自合成儀器硬件接口的信號(hào)，所接收信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后送入時(shí)域數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道；時(shí)域數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道實(shí)現(xiàn)觸發(fā)檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和波形參數(shù)估計(jì)處理，處理結(jié)果通過(guò)PXIe總線接口送入控制平臺(tái)；b)數(shù)字化儀模塊處于中頻數(shù)字化儀功能時(shí)端口選擇電路根據(jù)來(lái)自PXIe總線的配置信息選擇中頻數(shù)字化儀輸入端口接收來(lái)自下變頻模塊的信號(hào)，所接收信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路后送入中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道；中頻數(shù)字化儀數(shù)字信號(hào)處理通道實(shí)現(xiàn)數(shù)字下變頻、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，處理結(jié)果通過(guò) PXIe總線接口送入控制平臺(tái)。
7.如權(quán)利要求1所述的綜合儀器，其特征在于，所述信號(hào)發(fā)生器模塊包括任意波形發(fā)生器端口、基帶信號(hào)發(fā)生器I端口、基帶信號(hào)發(fā)生器Q端口、PXIe總線接口、波形引擎、存儲(chǔ)管理模塊、存儲(chǔ)芯片、基帶信號(hào)處理引擎、雙通道D/A轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理電路A和信號(hào)調(diào)理電路B ；c)信號(hào)發(fā)生器模塊處于任意波形發(fā)生器功能時(shí)PXIe總線接口將控制平臺(tái)配置的波形數(shù)據(jù)通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊下載到存儲(chǔ)芯片中；啟動(dòng)工作后，波形引擎通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊從存儲(chǔ)芯片中獲取波形數(shù)據(jù)，并直接送給雙通道D/A 轉(zhuǎn)換器的其中一個(gè)通道進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出，信號(hào)調(diào)理電路A依據(jù)配置的波形參數(shù)對(duì)雙通道D/A轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行幅值調(diào)整和偏置操作，最終將模擬波形信號(hào)通過(guò)任意波形發(fā)生器端口直接輸出給合成儀器硬件接口；d)信號(hào)發(fā)生器模塊處于基帶信號(hào)發(fā)生器功能時(shí)PXIe總線接口將控制平臺(tái)配置的波形數(shù)據(jù)通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊下載到存儲(chǔ)芯片中；啟動(dòng)工作后，波形引擎通過(guò)存儲(chǔ)管理模塊從存儲(chǔ)芯片中獲取波形數(shù)據(jù)，并送給基帶信號(hào)處理引擎進(jìn)行內(nèi)插和數(shù)字濾波處理，得到I、Q兩路數(shù)字信號(hào)，I、Q兩路數(shù)字信號(hào)分別送給雙通道 D/A轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)通道進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，兩個(gè)信號(hào)調(diào)理電路依據(jù)配置的波形參數(shù)對(duì)雙通道D/ A轉(zhuǎn)換器輸出的兩路信號(hào)進(jìn)行幅值調(diào)整和偏置操作，最終將I、Q兩路模擬信號(hào)送通過(guò)基帶信號(hào)發(fā)生器I端口和Q端口輸出給上變頻模塊。
8.如權(quán)利要求1所述的綜合儀器，其特征在于，所述控制平臺(tái)進(jìn)一步用于，通過(guò)PXIe總線更新數(shù)字化儀模塊和信號(hào)發(fā)生器模塊的固件。
9.如權(quán)利要求1所述的綜合儀器，其特征在于，所述PXIe系統(tǒng)控制器采用PXIe嵌入式系統(tǒng)控制器或PXIe外掛式系統(tǒng)控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于PXIe合成儀器架構(gòu)的射頻和微波綜合儀器，控制平臺(tái)通過(guò)PXIe系統(tǒng)控制器接入PXIe總線，數(shù)字化儀模塊、信號(hào)發(fā)生器模塊、下變頻模塊、下變頻本振、上變頻模塊和上變頻本振均接入PXIe總線，合成儀器硬件接口與數(shù)字化儀模塊以及合成儀器硬件接口與信號(hào)發(fā)生器模塊之間具有信號(hào)線直通通道；下變頻模塊連接下變頻本振和數(shù)字化儀模塊，上變頻模塊連接上變頻本振和信號(hào)發(fā)生器模塊；下變頻模塊和上變頻模塊連接合成儀器硬件接口；控制平臺(tái)通過(guò)配置使得本綜合儀器處于不同的功能。本發(fā)明通過(guò)共用處理模塊，以解決通信/雷達(dá)電子裝備測(cè)試系統(tǒng)的小型化，滿足新一代自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的需求。
文檔編號(hào)H04B17/00GK102497237SQ20111039230
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者馮偉, 劉金川, 史浩, 智國(guó)寧, 王石記 申請(qǐng)人:北京航天測(cè)控技術(shù)有限公司