CN107370471B - 一种pxi总线可编程放大/衰减器及其校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PXI(PCI extensions for Instrumentation,面向仪器***的PCI扩展)总线可编程放大/衰减器及其校准方法,属于微波信号调理领域,本发明采用单块3U单槽PXI模块同时实现宽频段的最大80dB的可编程放大和衰减功能,节约了硬件资源,通过不同信号调理通路的灵活搭配级联,增加了信号幅度的调节范围,并对通路在不同温度和频率下进行了功率校准,使得微波信号的测量更加灵活、准确。
Description
技术领域
本发明属于微波信号调理领域,具体涉及一种PXI总线可编程放大/衰减器及其校准方法。
背景技术
微波信号放大器和衰减器应用在射频、微波信号的测量过程中,以提高微波测量仪器的动态范围。本发明的目的是采用单块3U单槽的PXI模块同时实现宽频段范围的可编程放大和衰减功能,占用较小的体积和较少的槽数,增加了微波测量仪器的动态范围,使得微波信号的测量更加灵活、准确。
目前微波信号的测量仪器设备得到广泛的应用,为了提高微波测量仪器的动态范围,微波信号放大器和衰减器也应用在射频、微波信号的测量过程中。比如其可与信号源结合提高其功率,与信号分析仪结合可实现测量较小的信号。PXI总线测试仪器因体积小、搭配灵活的特点得到广泛应用,与之搭配的PXI总线可编程放大、衰减器也发挥了重要的作用。
现有的PXI总线的放大、衰减调理模块的工作模式如图1所示。上位机根据应用的不同选择不同种类的可编程放大、衰减器模块或开关放大、衰减器网络。当应用场合变化时更换不同的放大、衰减模块,当一个模块不能满足要求时通过多个模块级联来满足信号调理要求。
现有技术存在以下缺点:
1、信号的放大、衰减调理不够方便灵活。
现有的信号调理***中,根据具体的功能要求选择不同的PXI总线的放大、衰减调理模块。当功能变化时需要更换不同的放大或衰减模块,且当单个放大或衰减模块调节范围不够大时需要多个模块级联,在PXI机箱槽数一定的情况下增加了放大、衰减模块所占用的槽数,增加了硬件资源的同时增加了功耗和成本。
2、信号的功率控制不够准确。
在100KHz-8GHz宽频率范围内,信号通过调理通路的放大、衰减量会有较大误差。并且在不同温度范围内调理通路实际的放大、衰减量与用户的设定值也有较大差异。
3、信号的校准不够精确。
通用方法中可编程放大/衰减通路要么采用单个可编程放大器或衰减器进行幅度调整,要么两个可编程放大器或衰减器简单组合完成单个频点下幅度的校准,并未在宽频段内由两个放大器或衰减器通过较合理的分配完成幅度校准和平坦度补偿。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题,本发明提出了一种PXI总线可编程放大/衰减器及其校准方法,设计合理,克服了现有技术的不足,具有良好的效果。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种PXI总线可编程放大/衰减器,包括PXI接口控制单元、电源管理单元以及信号调理通路单元;PXI接口控制单元、电源管理单元以及信号调理通路单元通过线路互连;
PXI接口控制单元,包括PXI接口电路、FPGA控制电路以及存储器;PXI接口电路、FPGA控制电路以及存储器通过线路依次连接;
信号调理通路单元包括通道0和通道1两个输入/输出通道;
通道0包括第一继电器、第二继电器、可编程放大通路和固定衰减通路,可编程放大通路的一端和固定衰减通路的一端组成公共端连接至第一继电器,可编程放大通路的另一端和固定衰减通路的另一端组成公共端连接至第二继电器;
通道1包括第三继电器、第四继电器、可编程衰减通路和固定放大通路,可编程衰减通路的一端和固定放大通路的一端组成公共端连接至第三继电器,可编程衰减通路的另一端和固定放大通路的另一端组成公共端连接至第四继电器。
优选地,所述信号调理通路单元外设置有屏蔽盒,屏蔽盒内设置有用以监测信号调理通路单元温度的温度传感器。
优选地,通道0的可编程放大通路和通道1的固定放大通路可以级联使用。
优选地,通道0的固定衰减通路和通道1的可编程衰减通路可以级联使用。
优选地,可编程放大通路、固定衰减通路具有0.5dB的增益调节步进,根据应用场合不同两个信号通路通过第一继电器、第二继电器进行切换选择。
优选地,可编程衰减通路、固定放大通路具有0.5dB的增益调节步进,根据应用场合不同两个信号通路通过第三继电器、第四继电器进行切换选择。
优选地,可编程放大通路由两个可编程放大器组成,可编程衰减通路由两个可编程衰减器组成,可编程放大通路和可编程衰减通路用于完成幅度调整和宽频段内的平坦度补偿。
此外,本发明还提到一种PXI总线可编程放大/衰减器的幅度校准方法,采用信号源和频谱仪,包括如下步骤:
步骤1:开始后判断是继续校准还是重新校准;
若:判断结果为继续校准,则执行步骤2;
或判断结果为重新校准,则执行步骤3;
步骤2:读取校准数据文件;
步骤3:设置信号源输出-30dBm;
步骤4:获得校准频率起始点f_start;
步骤5:设置衰减器的起始衰减量或放大器的起始放大量为d=0dBm;
步骤6:设置信号源、频谱仪的中心频率为f;
步骤7:读取频谱仪的峰值Pout;
步骤8:存储各衰减器的衰减值、信号源的频率以及频谱仪的峰值Pout;
步骤9:设置信号源、频谱仪的中心频率为f=f+f_step,其中,f_step为校准频率间隔;
步骤10:判断中心频率f是否大于f_stop,其中,f_stop为终止频率;
若:判断结果为f>f_stop,则执行步骤11;
或判断结果为f≤f_stop,则执行步骤6;
步骤11:设置衰减器的衰减量或放大器的放大量为d=d+d_step,其中,d_step为衰减量步进或放大量步进;
步骤12:判断衰减量或放大量d是否大于d_stop,其中,d_stop为最大衰减量或最大放大量;
若:判断结果为衰减量或放大量d>d_stop,则退出;
或判断结果为衰减量或放大量d≤d_stop,则执行步骤6。
优选地,在步骤11中,d为两个衰减器的衰减量之和或两个放大器的放大量之和。
对两个放大器或衰减器相同每个档对应的幅度值和两个放大器或衰减器相差d_step每个档对应的幅度值分别进行校准。不仅对可编程放大或衰减通道中两个放大器或衰减器的单个频点的幅度值进行控制还要对工作频段内的平坦度进行补偿。且两个放大器或衰减器平均分配或相差d_step所承担的幅度控制值,以防止某个放大器或衰减器线性度变差。在两个可编程放大器或衰减器分配时分别比较所设增益-两个放大器或衰减器设置为相同值和所设增益-两个放大器或衰减器设置为不相同值,最后找出最小值得到合适的分配组合。
本发明所带来的有益技术效果:
本发明采用单块3U单槽PXI模块同时实现宽频段的最大80dB的可编程放大和衰减功能,节约了硬件资源,通过不同信号调理通路的灵活搭配级联,增加了信号幅度的调节范围,并对通路在不同温度和频率下进行了功率校准,使得微波信号的测量更加灵活、准确。在可编程放大或衰减通路中采用两个可编程放大器或衰减器分配幅度和进行平坦度的补偿,完成较大范围的幅度调整和宽频段内较好的平坦度。
附图说明
图1为现有PXI总线的放大/衰减调理模块的工作模式框图。
图2为PXI总线可编程放大/衰减器硬件原理框图。
图3为信号调理通路框图。
图4为放大器通路级联应用示意图。
图5为衰减器通路级联应用示意图。
图6为可编程通路框图。
图7为可编程衰减通路的幅度校准流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明:
本发明基于PXI总线传输协议,模块分为PXI接口控制单元、电源管理单元、信号调理通路单元三部分,其硬件结构如图2所示。PXI零槽通过PXI接口及控制电路对信号调理通路单元进行控制和监测。PXI接口控制单元由FPGA及附属电路实现,FPGA外挂的存储器用于存储校准数据。
每个输入/输出通道包括两个信号通路。信号调理通路如图3所示。通道0包括可编程放大通路、固定衰减通路,通道1包括可编程衰减通路和固定放大通路。可编程放大、衰减通路具有0.5dB的增益调节步进,根据应用场合不同两个信号通路通过继电器进行切换选择。用一个PXI模块即实现了放大功能,又实现了衰减功能。为增加信号调理通路的抗干扰性,信号调理通路外加屏蔽盒。屏蔽盒内部有温度传感器,用以监测信号调理通路的温度。在不同的温度下对信号的幅度进行校准,以增加信号调理通路功率控制的准确度。
每个信号调理通路可以输入/输出端口和继电器的选择单独应用,也可以将两个通道进行组合应用,以提高放大、衰减器的调节范围。如图4所示,通道0的可编程放大通路和通道1的固定放大通路级联应用,可使得放大器的总增益达到80dB。同样,如图5所示,通道0的可编程衰减器通道和通道1的固定衰减器通路级联应用,可使得放大器的总衰减量达到-80dB。
为了实现超宽的频率范围以及较高的增益,需要多级放大/衰减器以拓宽频率范围和提高增益/衰减范围,如图6所示。为保证通路宽频段内阻抗匹配的要求,信号调理通路中采用了集总参数和分布参数器件相结合的匹配方式。为并采用合适的负温度系数的可变衰减器进行增益补偿。为了提高在不同温度、不同频率下的放大、衰减精度,对通路在不同温度和频率下进行了功率校准。如某温度下可编程衰减通路增益校准流程如图7所示,其他通路校准流程相同。
本发明采用单块3U单槽PXI模块同时实现宽频段的最大80dB的可编程放大和衰减功能。相比功能单一的放大、衰减模块或开关放大、衰减网络的形式节约了硬件资源。通过不同信号调理通路的灵活搭配级联,增加了信号幅度的调节范围,并对通路在不同温度和频率下进行了功率校准,使得微波信号的测量更加灵活、准确。
当然,上述说明并非是对本发明的限制,本发明也并不仅限于上述举例,本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种PXI总线可编程放大/衰减器,其特征在于:包括PXI接口控制单元、电源管理单元以及信号调理通路单元;PXI接口控制单元、电源管理单元以及信号调理通路单元通过线路互连;
PXI接口控制单元,包括PXI接口电路、FPGA控制电路以及存储器;PXI接口电路、FPGA控制电路以及存储器通过线路依次连接;
电源管理单元,被配置为用于为PXI接口控制单元和信号调理通路单元提供电源;
信号调理通路单元包括通道0和通道1两个输入/输出通道;
通道0包括第一继电器、第二继电器、可编程放大通路和固定衰减通路,可编程放大通路的一端和固定衰减通路的一端组成公共端连接至第一继电器,可编程放大通路的另一端和固定衰减通路的另一端组成公共端连接至第二继电器;
通道1包括第三继电器、第四继电器、可编程衰减通路和固定放大通路,可编程衰减通路的一端和固定放大通路的一端组成公共端连接至第三继电器,可编程衰减通路的另一端和固定放大通路的另一端组成公共端连接至第四继电器。
2.根据权利要求1所述的PXI总线可编程放大/衰减器,其特征在于:所述信号调理通路单元外设置有屏蔽盒,屏蔽盒内设置有用以监测信号调理通路单元温度的温度传感器。
3.根据权利要求1所述的PXI总线可编程放大/衰减器,其特征在于:通道0的可编程放大通路和通道1的固定放大通路可以级联使用。
4.根据权利要求1所述的PXI总线可编程放大/衰减器,其特征在于:通道0的固定衰减通路和通道1的可编程衰减通路可以级联使用。
5.根据权利要求1所述的PXI总线可编程放大/衰减器,其特征在于:可编程放大通路、固定衰减通路具有0.5dB的增益调节步进,根据应用场合不同两个信号通路通过第一继电器、第二继电器进行切换选择。
6.根据权利要求1所述的PXI总线可编程放大/衰减器,其特征在于:可编程衰减通路、固定放大通路具有0.5dB的增益调节步进,根据应用场合不同两个信号通路通过第三继电器、第四继电器进行切换选择。
7.根据权利要求1所述的PXI总线可编程放大/衰减器,其特征在于:可编程放大通路由两个可编程放大器组成,可编程衰减通路由两个可编程衰减器组成,可编程放大通路和可编程衰减通路用于完成幅度调整和宽频段内的平坦度补偿。
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