CN106059599A - 一种s频段收发一体化处理器*** - Google Patents

一种s频段收发一体化处理器*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种S频段收发一体化处理器***,包括机箱,机箱内设置有数字信号处理单机和模拟通道收发单机,数字信号处理单机包括FMC数据采集子卡和信号处理母板,FMC数据采集子卡包括ADC模块和DAC模块,信号处理母板包括FPGA、DSP和ARM,DSP与FPGA之间通过DFE接口采用204A/B通信协议通信,数字信号处理单机对外接口采用两个微矩形连接器,模拟通道收发单机对外接口采用SMA‑K型头。本发明可一体完成前向S频段信号的下变频、放大、滤波;对前向中频信号进行ADC、数字下变频、解扩、解调、译码;对返向传输数据进行编码、调制,并通过DAC输出模拟返向中频信号;对返向中频信号进行上变频、放大,输出S频段射频信号。

Description

一种S频段收发一体化处理器***
技术领域
本发明涉及通信技术领域,具体的涉及一种S频段收发一体化处理器***。
背景技术
S频段信号是指频率范围在1.55—3.4GHz的电磁波频段,主要应用于中继、卫星通信、雷达等技术领域。S频段信号一般需要经变频、解调、解扩、译码等处理,现有技术中多是采用多种设备完成的,不仅功耗大、效率低,而且通用性差。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明在现有技术基础之上作进一步改进,本发明涉及一种S频段收发一体化处理器***,本发明能够在数字域上完成数字下变频以及解调/解扩/译码等功能,同时可以接收上位机数据,并将其编码、调制、上变频之S频段发射,其功耗小,信号处理效率高,通用性强。
本发明通过以下技术方案实现上述发明目的。
一种S频段收发一体化处理器***,包括机箱,所述机箱内设置有数字信号处理单机和模拟通道收发单机,所述数字信号处理单机包括FMC数据采集子卡和信号处理母板,所述FMC数据采集子卡包括ADC模块和DAC模块,所述信号处理母板包括FPGA、DSP和ARM,所述DSP与FPGA之间通过DFE接口采用204A/B通信协议通信,所述数字信号处理单机对外接口采用两个微矩形连接器,所述模拟通道收发单机对外接口采用SMA-K型头。数据采集子卡采用标准FMC板型(单宽),板载1个中频信号采集通道,能实现对前向中频信号的采样。同时板载1个中频输出通道,通过DAC输出模拟返向中频信号。
S频段信号经过模拟通道收发单机下变频后送入ADC模块采样,采样后的数字信号送入FPGA处理。FPGA将处理后的数据送往DAC,DAC将数字信号合成模拟信号,再通过模拟通道收发单机上变频到S频段后发射。
本发明可一体完成前向S频段信号的下变频、放大、滤波;对前向中频信号进行ADC、数字下变频、解扩、解调、译码;对返向传输数据进行编码、调制,并通过DAC输出模拟返向中频信号;对返向中频信号进行上变频、放大,输出S频段射频信号。一体化程度高,数据传输速度快,所以其功耗小,信号处理效率高,通用性强。
进一步的,所述FPGA外部接有QDR芯片、FLASH芯片和RS422协议芯片,至少有一个FPGA的普通IO引脚作为监测点,对内部各模块工作状态进行监测,并将工作状态参数通过异步422串口上报。
进一步的,所述QDR芯片的RQ信号焊接有下拉电阻,用于印制板阻抗匹配。
进一步的,所述FPGA采用Xilinx公司的XC7K325T-2FBG900IXC7K325T芯片,包含350个HR接口、150个H该芯片包含16对GTX高速串行接口、500个通用IOP接口、326080个逻辑单元,资源丰富,满足本发明的信号处理要求,所述XC7K325T芯片的16对GTX接口中,8对用于FMC数据采集子卡的数据交互,6对用于光纤接口,2对用于与DSP的数据交互。
进一步的,所述数字信号与理单机设置为全双工模式,所述XC7K325T芯片对外引出4路同步RS422接口,其中两路用于设备外部接口,两路为用户后期开发使用。同步时钟不大于20MHz,传输速率最大10Mb/S。FPGA的IO信号线经过电平转换芯片,对外输出RS422标准差分信号。
进一步的,所述XC7K325T芯片的IO引脚连接有电平转换芯片,对外输出RS422标准差分信号。XC7K325T芯片还外接一片配置芯片,采用X1模式的主动串行加载模式启动,支持在线调试,上电后主动读取加载代码运行。XC7K325T要求的上电时序是VCCINT à VCCBRAMà VCCAUX à VCCAUX_IO à VCCO。VCCINT和VCCBRAM的电压相同或使用同一个电源供电时,可同时上电。VCCAUX、VCCAUX_IO、VCCO电压相同或是同一个电压供电时,可同时上电。
进一步的,所述DSP采用TI的66AK2L06-CMSA2芯片,所述66AK2L06芯片采用SGMII方式通过PHY芯片对外通信,用于数字信号处理单机对外通信,该芯片具有丰富的内部资源,与需要冷却功能的同类器件相比,自适应功率技术将66AK2L06的功率降低了50%,TI的开发工具和运行软件支持让多核ARM平台的迁移和开发比以往更加简单。MCSDK可提供对开源Linux以及TI ARM内核SYS/BIOSTM操作***的支持。66AK2L06芯片内部具有四个千兆网络接口,对外采用SGMII方式通过PHY芯片对外通信,用于通用化数字信号处理单机对外通信。
进一步的,所述66AK2L06芯片的DDR专用控制器外部连接两个DDR3芯片,用于大数据量高速传输时的缓存,所述66AK2L06芯片的EMIF总线外部挂接一个FLASH芯片,用于数据代码存放。
进一步的,所述两个微矩形连接器分别为J30J-51连接器和J30J-25连接器,其中J30J-51连接器用于数据传输,并为该一体化处理器供电,J30J-25连接器用于数字信号处理单机中FPGA和DSP的JTAG口连接。将DSP的USB接口引出,方便用户后续开发使用,设计支持USB3.0标准,同时兼容USB2.0。
进一步的,所述J30J-51连接器与FPGA之间还设置有隔离芯片。
进一步的,所述66AK2L06芯片自身没有专用的视频接口,无法直接驱动外部显示器,因此需要将其数据总线连接至视频驱动芯片中进行处理,在对外输出至显示器。DSP通过EMIF16 8bit或16bit总线传给FPGA,FPGA完成数据格式转换发送给D/A,D/A把视频数据编码成VGA制视频通过DB15芯连接器发送出去。
进一步的,本发明还需要一片CPLD,完成上电时序控制、辅助控制等功能。考虑到该CPLD功能较简单,选用一片逻辑资源容量中等、通用IO口足够的CPLD即可。
进一步的,ADC采用的A/D转换芯片LTC2157IUP,采样精度为16-bit,采样率最大支持250Msps。电源采用高电源抑制比LDO来供电,以保证SNR、SFDR等性能。ADC前端采用两级变压器交流耦合,能提供高共模拟制比,有效抑制模拟信号共模噪声,同时保证稳定的带内平坦度。ADC输出数据及同步时钟通过FMC连接器连接到信号处理母板的FPGA,数字端设计充分考虑信号完整性设计,保证同步数据稳定传输到FPGA。ADC和DAC的参考时钟均来自信号处理母板。10MHz的外时钟(或内部晶振)输入信号处理母板,经过锁相环时钟驱动芯片后产生ADC和DAC需要的工作时钟,并通过高速FMC连接器的时钟管脚连接到ADC和DAC。
本发明与现有技术相比,至少具有以下益效果:
(1)本发明可一体完成前向S频段信号的下变频、放大、滤波;对前向中频信号进行ADC、数字下变频、解扩、解调、译码;对返向传输数据进行编码、调制,并通过DAC输出模拟返向中频信号;对返向中频信号进行上变频、放大,输出S频段射频信号。一体化程度高,数据传输速度快,所以其功耗小,信号处理效率高,通用性强。
(2)本发明FPGA的部分普通IO引脚作为监测点,对内部各模块工作状态进行监测,并将工作状态参数通过异步422串口上报。
(3)本发明的FPGA采用Xilinx公司的XC7K325T-2FBG900IXC7K325T芯片,其资源丰富,满足本发明的信号处理要求。
(4)本发明的DSP采用TI的66AK2L06-CMSA2芯片,该芯片具有丰富的内部资源,与需要冷却功能的同类器件相比,自适应功率技术将66AK2L06的功率降低了50%,TI的开发工具和运行软件支持让多核ARM平台的迁移和开发比以往更加简单。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明的原理框图;
图2为本发明数字信号处理单机原理框图;
图3为本发明FPGA的设计框图;
图4为本发明FPGA的上电时序设计图;
图5为本发明DSP的设计框图;
图6为本发明DSP上电时序设计图;
图7为本发明CPLD对外控制原理框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例1:
如图1和图2所示,一种S频段收发一体化处理器***,包括机箱,机箱内设置有数字信号处理单机和模拟通道收发单机,数字信号处理单机包括FMC数据采集子卡和信号处理母板, FMC数据采集子卡包括ADC模块和DAC模块,信号处理母板包括FPGA、DSP和ARM,所述DSP与FPGA之间通过DFE接口采用204A/B通信协议通信,数字信号处理单机对外接口采用两个微矩形连接器,模拟通道收发单机对外接口采用SMA-K型头。数据采集子卡采用标准FMC板型(单宽),板载1个中频信号采集通道,能实现对前向中频信号的采样。同时板载1个中频输出通道,通过DAC输出模拟返向中频信号。
S频段信号经过模拟通道收发单机下变频后送入ADC模块采样,采样后的数字信号送入FPGA处理。FPGA将处理后的数据送往DAC,DAC将数字信号合成模拟信号,再通过模拟通道收发单机上变频到S频段后发射。
本发明可一体完成前向S频段信号的下变频、放大、滤波;对前向中频信号进行ADC、数字下变频、解扩、解调、译码;对返向传输数据进行编码、调制,并通过DAC输出模拟返向中频信号;对返向中频信号进行上变频、放大,输出S频段射频信号。一体化程度高,数据传输速度快,所以其功耗小,信号处理效率高,通用性强。
实施例2:
本实施例是在上述实施例基础上做的进一步改进,如图1、图2、图5和图6所示,在本实施例中,FPGA采用Xilinx公司的XC7K325T-2FBG900IXC7K325T芯片,包含350个HR接口、150个H该芯片包含16对GTX高速串行接口、500个通用IOP接口、326080个逻辑单元,资源丰富,满足本发明的信号处理要求, XC7K325T芯片的16对GTX接口中,8对用于FMC数据采集子卡的数据交互,6对用于光纤接口,2对用于与DSP的数据交互。
FPGA外部接有QDR芯片、FLASH芯片和RS422协议芯片, FPGA的部分普通IO引脚作为监测点,对内部各模块工作状态进行监测,并将工作状态参数通过异步422串口上报。QDR芯片的RQ信号焊接有下拉电阻,用于印制板阻抗匹配。
数字信号与理单机设置为全双工模式, XC7K325T芯片对外引出4路同步RS422接口,其中两路用于设备外部接口,两路为用户后期开发使用。同步时钟不大于20MHz,传输速率最大10Mb/S。FPGA的IO信号线经过电平转换芯片,对外输出RS422标准差分信号。
XC7K325T芯片的IO引脚连接有电平转换芯片,对外输出RS422标准差分信号。XC7K325T芯片还外接一片配置芯片,采用X1模式的主动串行加载模式启动,支持在线调试,上电后主动读取加载代码运行。XC7K325T要求的上电时序是VCCINT à VCCBRAM à VCCAUXà VCCAUX_IO à VCCO。VCCINT和VCCBRAM的电压相同或使用同一个电源供电时,可同时上电。VCCAUX、VCCAUX_IO、VCCO电压相同或是同一个电压供电时,可同时上电。
实施例3:
本实施例是在上述实施例基础上做的进一步改进,如图1、图2图3和图4所示,在本实施例中, DSP采用TI的66AK2L06-CMSA2芯片, 66AK2L06芯片采用SGMII方式通过PHY芯片对外通信,用于数字信号处理单机对外通信,该芯片具有丰富的内部资源,与需要冷却功能的同类器件相比,自适应功率技术将66AK2L06的功率降低了50%,TI的开发工具和运行软件支持让多核ARM平台的迁移和开发比以往更加简单。MCSDK可提供对开源Linux以及TI ARM内核SYS/BIOSTM操作***的支持。66AK2L06芯片内部具有四个千兆网络接口,对外采用SGMII方式通过PHY芯片对外通信,用于通用化数字信号处理单机对外通信。
66AK2L06芯片的DDR专用控制器外部连接两个DDR3芯片,用于大数据量高速传输时的缓存,所述66AK2L06芯片的EMIF总线外部挂接一个FLASH芯片,用于数据代码存放。
66AK2L06芯片自身没有专用的视频接口,无法直接驱动外部显示器,因此需要将其数据总线连接至视频驱动芯片中进行处理,在对外输出至显示器。DSP通过EMIF16 8bit或16bit总线传给FPGA,FPGA完成数据格式转换发送给D/A,D/A把视频数据编码成VGA制视频通过DB15芯连接器发送出去。
实施例4:
本实施例是在上述实施例基础上做的进一步改进,如图1、图2图3所示,在本实施例中,两个微矩形连接器分别为J30J-51连接器和J30J-25连接器,其中J30J-51连接器用于数据传输,并为该一体化处理器供电,J30J-25连接器用于数字信号处理单机中FPGA和DSP的JTAG口连接。将DSP的USB接口引出,方便用户后续开发使用,设计支持USB3.0标准,同时兼容USB2.0。J30J-51连接器与FPGA之间还设置有隔离芯片。
实施例5:
本实施例是在上述实施例基础上做的进一步改进,如图7所示,在本实施例中,本发明还需要一片CPLD,完成上电时序控制、辅助控制等功能。考虑到该CPLD功能较简单,选用一片逻辑资源容量中等、通用IO口足够的CPLD即可。
实施例6:
本实施例是在上述实施例基础上做的进一步改进,如图1、图2所示,在本实施例中,ADC采用的A/D转换芯片LTC2157IUP,采样精度为16-bit,采样率最大支持250Msps。电源采用高电源抑制比LDO来供电,以保证SNR、SFDR等性能。ADC前端采用两级变压器交流耦合,能提供高共模拟制比,有效抑制模拟信号共模噪声,同时保证稳定的带内平坦度。ADC输出数据及同步时钟通过FMC连接器连接到信号处理母板的FPGA,数字端设计充分考虑信号完整性设计,保证同步数据稳定传输到FPGA。ADC和DAC的参考时钟均来自信号处理母板。10MHz的外时钟(或内部晶振)输入信号处理母板,经过锁相环时钟驱动芯片后产生ADC和DAC需要的工作时钟,并通过高速FMC连接器的时钟管脚连接到ADC和DAC。
如上所述,可较好的实施本发明。

Claims (10)

1.一种S频段收发一体化处理器***,其特征在于:包括机箱,所述机箱内设置有数字信号处理单机和模拟通道收发单机,所述数字信号处理单机包括FMC数据采集子卡和信号处理母板,所述FMC数据采集子卡包括ADC模块和DAC模块,所述信号处理母板包括FPGA、DSP和ARM,所述DSP与FPGA之间通过DFE接口采用204A/B通信协议通信,所述数字信号处理单机对外接口采用两个微矩形连接器,所述模拟通道收发单机对外接口采用SMA-K型头。
2.根据权利要求1所述的S频段收发一体化处理器***,其特征在于:所述FPGA外部接有QDR芯片、FLASH芯片和RS422协议芯片,至少有一个FPGA的普通IO引脚作为监测点。
3.根据权利要求2所述的S频段收发一体化处理器***,其特征在于:所述QDR芯片的RQ信号焊接有下拉电阻,用于印制板阻抗匹配。
4.根据权利要求1所述的S频段收发一体化处理器***,其特征在于:所述FPGA采用XC7K325T芯片,所述XC7K325T芯片的16对GTX接口中,8对用于FMC数据采集子卡的数据交互,6对用于光纤接口,2对用于与DSP的数据交互。
5.根据权利要求4所述的S频段收发一体化处理器***,其特征在于:所述数字信号与理单机设置为全双工模式,所述XC7K325T芯片对外引出4路同步RS422接口,其中两路用于设备外部接口,两路为用户后期开发使用。
6.根据权利要求5所述的S频段收发一体化处理器***,其特征在于:所述XC7K325T芯片的IO引脚连接有电平转换芯片,对外输出RS422标准差分信号。
7.根据权利要求1所述的S频段收发一体化处理器***,其特征在于:所述DSP采用66AK2L06芯片,所述66AK2L06芯片采用SGMII方式通过PHY芯片对外通信,用于数字信号处理单机对外通信。
8.根据权利要求7所述的S频段收发一体化处理器***,其特征在于:所述66AK2L06芯片的DDR专用控制器外部连接两个DDR3芯片,用于大数据量高速传输时的缓存,所述66AK2L06芯片的EMIF总线外部挂接一个FLASH芯片,用于数据代码存放。
9.根据权利要求1所述的S频段收发一体化处理器***,其特征在于:所述两个微矩形连接器分别为J30J-51连接器和J30J-25连接器,其中J30J-51连接器用于数据传输,并为该一体化处理器供电,J30J-25连接器用于数字信号处理单机中FPGA和DSP的JTAG口连接。
10.根据权利要求9所述的S频段收发一体化处理器***,其特征在于:所述J30J-51连接器与FPGA之间还设置有隔离芯片。
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