基于FPGA＋DSP的双通道幅度相位测试仪的设计与实现.pdf

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1、f藏目啦术__十设计开发基于FPGA+DSP的双通道幅度相位测试仪的设计与实现尹美良(中国西南电子技术研究所四川成都61{)036)摘要：由于进口矢量电压表HP85O8A停产，有必要自研一款矢量电压表以满足工程需要。本文详细介绍了一种双通道幅度相位测试仪(即矢量电压表)的设计方法，该设计方法是基于FPGA+DsP实现的，并给出了双通道幅度相位测试仪的基本原理、关键技术和具体实现过程。本测试仪以已经工程化的数字化角跟踪接收机为平台，稳定可靠，能够做到替代进口仪器。关键词：双通道幅度相位测试仪FGPADSP中图分类号：TN79

2、1文献标识码：A文章编号：l007—9416(2015)04—0155—021引言随着现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)的迅猛发展，软件无线电技术得到了普及。FPGA提供了许多硬件底层的在航天测控系统中，为保证测角精度，国内大多数测控站对于可重构能力，包括丰富的触发器、片内编程RAM和I／0引脚，其开发跟踪测量体制采用了双通道单脉冲体制[】1I。这使得测控设备在研制工具软件可选用电路图、多种硬件描述语~-VI-IDL、状态转移图等方和测试过程中离不开矢量电压表(也称相位计)。美国惠普公司的HP8508A

3、是一款通用的矢量电压表。但是，随着仪器的更新换代，式完成，并包含大量通用的软件核，适合于简单高速的并行处理算法。DSP采用基于微处理器的体系结构，通过高级语言指令集进行编HP85O8A已经停产，其测量功能被融合进矢量网络分析仪(如程，具有较高的软件修改灵活性，适合于处理复杂的顺序算法。N5242A)或数字示波器(~I14855A)中。而这些高端的矢量网络分析FPGA+DSP的混合使用能够充分发挥各自的优势，有助于提高电路或数字示波器不仅价格昂贵，而且体积大、质量重、不便于携带。因实现的效率和缩短设计周期，因而在工程设计中得

4、到广泛的应用。而有必要自行研制一款矢量电压表，以保证工程研制的需要。本文涉及的双通道幅度相位测试仪(其功能等同于矢量电压表)以数字化角跟踪接收机[31为平台精心设计而成，具有测量2路同频信号的幅度、幅度差和相位差的功能。2设计原理双通道幅度相位测试仪以70MH旗拟信号为输入接口，先经过图1双通道幅度相位测试仪的设计原理框图数字鉴帽器输入信图4后置AGC结构框图图2数字载波锁相环结构框图图3NCO结构图图5测试仪硬件组成图收稿日期：2015-04-19作者简介：尹美~(1978一)，男，浙江嵊州人，2001年获学士学位，现为

5、工程师，主要从事航天测控信道设计f155)＼／设计开发Ⅳ一1()=∑X(n)Wdk：0，1—2．，N—l(1)月=0式(1)中，，：￡。一般来说，x(n)和都是复数，x(k)也j是复数，因此计算一个X(k)值，需要N次复数乘法和N一1次复数加法。而X(k)一共有N个点，所以完成整个DFT运算共需次复数乘法图6测试仪前面板图及N}(N—1)次复数加法。表1测试仪技术参数乘法运算采用Cooley和Turley发明的FFT算法后，复数乘法次数由N次减少至N／2l0g，N【。当N很大时(一般不小于2)，乘法次参数值数大大减小，既缩

6、短了运算时间，又减少了硬件资源需求。工作频率连续波70MHz±0．2MHz3．3后置AGC工作电平-65dBm——+5dBm幅度测量误差不超过±0．5dB后置AGC是指从解调后的信号中提取检测信号来控制高频或幅度差测量误差不超过±0．3dB中频放大器的增益。为了高质量地完成AGC控制，采用“相干”和“非相位差测量误差不超过3。相干”并用，在环路未锁定时用“非相干”AGC，锁定后自动转变为尺寸480mm*480mm*132mm“相干”AGC。相干AGC分量取自正交鉴相支路的输出，非相干AGC重量≤3．5kg分量直接取自A／D

7、输出信号的幅度检波，如图4所示。供电交流220V±22V，50Hz±2．5Hz4设计与实现适当的预滤波、AGC放大处理，然后进行采样量化，形成的数字信号分成两路，一路与本地的数字控制振荡器(Nco)进行乘法运算，实双通道幅度相位测试仪由400kHz带通声表面波滤波器、AGC现载波捕获。2个通道NCO模块的输出信号均是通过查询正弦函数中频放大器、A／D转换器、FPGA、DSP、D／A转换器、串口电路、表所得，在正弦函数表中，1个地址码对应1个相位值，通过减法运60MHz晶体振荡器、flash存储器及其他外围电路组成，如图5所

8、示。算，可得2个通道的相位差值。我们用FPGA完成相对于DSP更高速的信号处理，主要包括A／另一路数字信号与NCO正交信号进行乘法运算，滤波后输出反D采样电路、A／D高速数据缓存、全局时钟管理、NCO模块、数字下映输入信号幅度的直流信号，经误差监测器后输出误差校正电压，变频及环路滤波模块、AGC环路模块