LXI總線數(shù)字化儀模塊設(shè)計(jì)

　　引言

　　LXI是基于以太網(wǎng)技術(shù)等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由中小型總線模塊組成的新型儀器平臺(tái)。它由安捷倫公司和VXI科技公司于2004年9月共同合作成立的LXI聯(lián)盟提出的，利用現(xiàn)有Ethernet標(biāo)準(zhǔn)、Internet工具、LAN協(xié)議、IEC物理尺寸和IVI驅(qū)動(dòng)程序的各方優(yōu)點(diǎn)，使測(cè)試系統(tǒng)的互連平臺(tái)轉(zhuǎn)向更高速的PC標(biāo)準(zhǔn)的I/O，是構(gòu)成新一代合成儀器平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)。

　　LXI總線數(shù)字化儀模塊能夠?qū)煞N標(biāo)準(zhǔn)頻率的中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)字中頻處理與分析，并且給出幅頻特性分析結(jié)果、也可以直接輸出數(shù)字中頻I/Q數(shù)據(jù)，提供給其他分析設(shè)備進(jìn)行用戶需要的特定分析。

　　總體實(shí)現(xiàn)方案

　　LXI總線數(shù)字化儀模塊主要包括中頻信號(hào)處理通路、高速ADC、基于FPGA與DSP的數(shù)字中頻信號(hào)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元以及嵌入式微處理器等部分，具體實(shí)現(xiàn)方案如圖1所示。中頻信號(hào)處理通路部分主要完成模擬中頻信號(hào)預(yù)采樣處理、程控增益控制、抗混疊濾波等，處理后的中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)高速ADC采樣，采樣得到的數(shù)字中頻信號(hào)首先送到FPGA進(jìn)行數(shù)字下變頻、數(shù)字濾波等處理后得到IQ兩路數(shù)據(jù)，再存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，然后由DSP進(jìn)行本地?cái)?shù)據(jù)運(yùn)算，以得到要分析信號(hào)相應(yīng)的特性信息。IQ數(shù)據(jù)也可以直接送到模塊前面板，即IQ數(shù)據(jù)輸出。嵌入式微處理器是整個(gè)模塊的控制核心，完成系統(tǒng)間的通訊、圖形控制，同時(shí)提供豐富的接口。

　　關(guān)鍵電路實(shí)現(xiàn)

　　中頻信號(hào)處理通路設(shè)計(jì)

　　由于中頻數(shù)字化儀模塊能夠?qū)煞N頻率的中頻信號(hào)進(jìn)行采樣與信號(hào)處理，因此整個(gè)中頻信號(hào)通道覆蓋兩種中頻帶寬。中頻信號(hào)處理通路主要完成中頻信號(hào)濾波、信號(hào)放大、抗混疊濾波以及對(duì)數(shù)檢波和預(yù)采樣等。中頻信號(hào)在進(jìn)入模塊通道后，首先進(jìn)行低通濾波，濾除中頻信號(hào)中的高頻分量，濾波后需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大控制，以滿足ADC的采樣要求。信號(hào)進(jìn)入ADC之前要進(jìn)行抗混疊濾波處理，在抗混疊濾波電路部分信號(hào)通道分成兩路，進(jìn)行第一種中頻信號(hào)分析時(shí)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)選擇第一中頻濾波通道;進(jìn)行第二種中頻信號(hào)分析時(shí)，選擇第二中頻濾波通道。信號(hào)通道前端的對(duì)數(shù)檢波及預(yù)采樣電路輔助程控增益放大器實(shí)現(xiàn)模塊整個(gè)通道0dB～30dB的自動(dòng)增益功能。同時(shí)為提高模塊的動(dòng)態(tài)范圍，在中頻信號(hào)進(jìn)入高速ADC之前設(shè)計(jì)有噪聲疊加電路。具體實(shí)現(xiàn)原理如圖2所示。

　　ADC電路設(shè)計(jì)

　　數(shù)字化儀模塊ADC采用14位、130Msps模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，為減小信號(hào)干擾，采用模擬差分輸入方式。轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出為低功耗LVDS、二元補(bǔ)碼數(shù)據(jù)格式，以方便后續(xù)數(shù)據(jù)處理。