CN110768682B - 一种PXIe总线矢量信号实时收发模块装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种PXIe总线矢量信号实时收发模块装置及方法，包括信号变频接收单元、信号直接上变频单元和数字处理单元，信号变频接收单元，被配置为直接将第一端口输入的射频信号放大衰减调理后直接下变频到零中频信号，传输至数字处理单元；数字处理单元，被配置为通过伪随机序列生成、内插滤波方式产生正交两路数字基带信号，产生的正交两路基带信号，输出正交两路模拟基带信号到直接上变频单元；信号直接上变频单元，被配置为将基带正交两路信号直接上变频到射频信号后由第二端口输出；信号变频接收单元和信号直接上变频单元之间通过多级路由切换耦合方式实现双端口测试功能。

Description

一种PXIe总线矢量信号实时收发模块装置及方法
技术领域
本公开属于矢量信号处理技术领域，具体涉及一种PXIe总线矢量信号实时收发模块装置及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
据发明人了解,传统PXIe总线矢量信号实时收发模块信号发生时采用正交调制直接上变频方式，数字处理单元通过伪随机序列生成、内插滤波等生成基带I路和Q路基带信号，然后IQ两路信号在信号直接上变频单元与本振合成电路的本振信号进行直接上变频，最后滤波放大等调理后输出。信号分析时采样超外差结构，通过多级混频器变频方式实现对输入信号的频谱搬移，变频到中频进行后续处理，如图1所示。理想的混频器只在中频端口产生射频信号与本振信号的和频与差频，但在实际的混频中，在中频端口还出现本振与射频的基波和各次谐波信号。当本振频率与中频频率相同或接近时，本振泄露信号将通过中频滤波器耦合在中频信号里，而中频滤波器无法将此本振泄露信号消除。
综上,PXIe总线矢量信号实时收发模块信号分析时收采用超外差方式进行下变频，需要多级变频方式，以及需要额外的零频抑制电路，电路设计复杂、体积庞大、槽数多、功耗大、成本高，无法满足小型化自动测试***搭建需求；同时，功能相对简单，没有矢量网络分析功能，不能进行网络参数测试，无法满足多功能参数需求。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种PXIe总线矢量信号实时收发模块装置及方法，本公开基于双直接变频调制方式的PXIe总线矢量信号实时收发方法，采用收发共享FPGA方式实现信号发生与接收的实时交互，接收通道与发送通道通过多级路由切换方式实现网络参数测试功能，小体积内高度集成了矢量信号分析、矢量信号分析、矢量网络分析等功能。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种PXIe总线矢量信号实时收发模块装置，包括信号变频接收单元、信号直接上变频单元和数字处理单元，其中：
所述信号变频接收单元，被配置为直接将第一端口输入的射频信号放大衰减调理后直接下变频到零中频信号，传输至数字处理单元；
所述数字处理单元，被配置为通过伪随机序列生成、内插滤波方式产生正交两路数字基带信号，产生的正交两路基带信号，输出正交两路模拟基带信号到直接上变频单元；
所述信号直接上变频单元，被配置为将基带正交两路信号直接上变频到射频信号后由第二端口输出；
所述信号变频接收单元和信号直接上变频单元之间通过多级路由切换耦合方式实现双端口测试功能。
作为进一步的限定，所述信号变频接收单元，包括本振合成电路、第一耦合器、多级开关切换电路和滤波放大电路，其中，所述本振合成电路的一端与数字处理单元连接，另一端通过滤波放大电路连接多级开关切换电路，多级开关切换电路通过第一耦合器连接第一端口。
作为进一步的限定，所述信号直接上变频单元包括本振合成电路、滤波放大电路、耦合器电路和多级开关切换电路，其中，所述本振合成电路的一端与数字处理单元的输出端连接，另一端与滤波放大电路连接，滤波放大电路连接耦合器电路，耦合器电路通过连接第一端口和第二端口。
作为进一步的限定，所述多级开关切换电路包括第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和第四切换开关，所述第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关位于所述信号变频接收单元内，依次串联，第一切换开关与耦合器连接，第三切换开关与滤波放大电路连接；所述第四切换开关与第二切换开关共控制端。
作为进一步的限定，所述耦合器电路包括第三耦合器和第二耦合器，所述第三耦合器和第二耦合器通过第四切换开关连接，第二耦合器与第二端口连接，所述第三耦合器与滤波放大电路连接。
作为进一步的限定，所述数字处理单元，包括ADC采集单元、ADC产生单元、共享FPGA单元与滤波调理电路，其中，所述ADC采集单元一端通过滤波调理电路与所述信号变频接收单元的本振合成电路连接，另一端与所述共享FPGA单元连接，所述ADC产生单元一端与所述共享FPGA单元连接，另一端通过滤波调理电路与所述信号直接上变频单元的本振合成电路连接。
基于上述装置的工作方法，包括以下模式：
(1)矢量信号发生：
数字处理单元通过伪随机序列生成、内插滤波方式产生正交两路数字基带信号，产生的正交两路基带信号经过滤波调理后输出正交两路模拟基带信号到直接上变频单元，信号直接上变频单元将正交两路模拟基带信号进行直接正交调制直接产生射频调制信号，然后带通滤波、放大调理后由第二端口输出；
(2)矢量信号分析：
输入信号在信号变频接收单元进行滤波放大调理后与本振合成电路进行直接下变频，产生零中频正交两路基带信号，再送到数字处理单元，产生两路数字基带信号，然后两路分别进行抽取滤波，最后再进行信号分析；
(3)网络参数分析：
输入信号经过第一端口或第二端口进入，通过多级路由切换耦合方式实现双端口测试功能。
作为进一步的限定，在网络参数分析模式中，当信号源在第一端口时，首先复用共享矢量信号发生的射频通道和基带处理单元，通过第三耦合器、第四切换开关、第二切换开关、第一切换开关和第一耦合器到信号源输出第一端口，通过第三耦合器和第三切换开关产生网络参数分析的入射信号；通过第一耦合器、第三切换开关产生网络参数分析的反射信号；通过第二耦合器、第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关产生网络参数分析的传输信号；入射信号、反射信号和传输信号最后都是共享矢量信号分析的接收部分，通过直接下变频后变成两路正交基带信号到数字处理单元进行数字网络参数分析。
作为进一步的限定，在网络参数分析模式中，当信号源在第二端口时，直接通过矢量信号发生产生信号源，通过第三耦合器和第三切换开关产生网络参数分析的入射信号；通过第二耦合器直接连接到第三切换开关产生网络参数分析的反射信号；通过第一耦合器、第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关产生网络参数分析的传输信号；入射信号、反射信号和传输信号最后都是共享矢量信号分析的接收部分，通过直接下变频后变成两路正交基带信号到数字处理单元进行数字网络参数分析。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
本公开采用双直接变频调制方式，信号接收与信号发生都是采用直接上或下变频方式，不需外额外的变频电路和零频抑制电路，降低了电路成本特别是电路的总体功耗，大大减小了电路体积。
本公开采用多级路由耦合方式与复用射频收发通道方式，通过信号耦合与开关路由，以及接收通道和发生通道复用，不仅实现矢量信号发生与矢量信号分析功能，还实现复用的网络参数分析功能，大大扩展模块的应用领域。
本公开采用共享FPGA方式，接收通道与发生通道通过共用FPGA，实现矢量信号接收与矢量信号发生的实时交互。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开的现有信号分析仪基本框图；
图2是本公开的结构示意图；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
正如背景技术中所述的，PXIe总线矢量信号实时收发模块信号分析时收采用超外差方式进行下变频，需要多级变频方式，以及需要额外的零频抑制电路，电路设计复杂，体积庞大，槽数多，功耗大，成本高，无法满足小型化自动测试***搭建需求；
另外该模块只有集成矢量信号发生、矢量信号分析功能，功能相对简单，没有矢量网络分析功能，不能进行网络参数测试，无法满足多功能参数需求。
本实施例针对现有PXIe矢量信号收发模块采用超外差方式需要多级变频与额外的零频抑制电路导致的体积庞大和功耗大等问题，以及只有矢量信号发生、矢量分析功能，没有网络参数测试功能，功能相对简单，无法满足多功能参数测试需求等问题，提出一种基于双直接变频调制方式的PXIe总线矢量信号实时收发方法，采用收发共享FPGA方式实现信号发生与接收的实时交互，接收通道与发送通道通过多级路由切换方式实现网络参数测试功能功能，小体积内高度集成了矢量信号分析、矢量信号分析、矢量网络分析等功能。下面详细介绍。
本实施例的总体实现框图如图2所示，主要由数字处理单元、信号变频接收单元与信号直接上变频单元等组成，通过通道复用方式、共享FPGA与多级路由耦合方式实现矢量信号发生、矢量信号分析与网络参数测试等功能。数字处理单元包含ADC采集、ADC产生、共享FPGA单元与滤波调理等组成，通过共享FPGA单元实现基带信号产生与基带信号接收，并且接收与发送可实时交互；信号变频接收单元包含本振合成电路、直接下变频电路、滤波调理、耦合器电路、多级开关切换电路等组成，直接将输入射频信号放大衰减调理后直接下变频到零中频信号；信号直接上变频单元包含本振合成电路、直接上变频电路、滤波放大、耦合器电路、多级开关切换电路等组成，将基带正交两路信号直接上变频到射频信号后输出。
矢量信号发生时：共享FPGA单元通过伪随机序列生成、内插滤波等方式产生正交两路数字基带信号，产生的正交两路基带信号，经过ADC产生滤波后输出正交两路模拟基带信号到直接上变频单元。在信号直接上变频单元，正交两路模拟基带信号与本振合成电路进行直接正交调制后带通滤波后输出到多级路由切换直接输出。
矢量信号分析时，输入信号经过端口1通过多级路由切换直接输入到带通滤波器滤波，然后与本振合成电路进行直接正交下变频，去除载波成分生产正交两路零中频基带信号。两路零中频基带信号经过低通滤波后进行ADC采集生产正交两路基带数字信号，最后经过抽取滤波供后续处理。
矢量网络参数测试时，端口1和端口2可作为输入或输出，通过多级路由切换耦合方式实现双端口测试功能。当信号源在端口1，也就是通过耦合器3、开关4、开关2、开关1和耦合器1到信号源端口1，通过耦合器3和开关3产生网络参数分析的入射信号；通过耦合器1、开关3产生网络参数分析的反射信号；通过耦合2、开关1、开关2和开关3产生网络参数分析的传输信号。当信号源在端口2时，通过耦合器3和开关3产生网络参数分析的入射信号；通过耦合器2直接连接到开关3产生网络参数分析的反射信号；通过耦合器1、开关1、开关2和开关3产生网络参数分析的传输信号。
下面详细介绍具体实现方法：
(1)矢量信号发生
1)数字处理单元中共享FPGA单元通过伪随机序列生成、内插滤波等方式产生正交两路数字基带信号，产生的正交两路基带信号经过ADC产生滤波调理后输出正交两路模拟基带信号到直接上变频单元。
2)在信号直接上变频单元，正交两路模拟基带信号与本振合成电路进行直接正交调制直接产生射频调制信号，然后带通滤波、放大调理后输出到耦合器3，再放大衰减调理后经过开关4、耦合器2直通后输出到端口2输出。
(2)矢量信号分析
1)输入信号在信号变频接收单元经过耦合器1直通到开关1、开关2、开关3后进行滤波放大等进行调理，然后与本振合成电路进行直接下变频，产生零中频正交两路基带信号，再送到数字处理单元。
2)零中频正交两路基带信号在数字处理单元首先滤波后经ADC采集产生两路数字基带信号，然后两路分别进行抽取滤波，最后再进行软件信号分析。
(3)网络参数分析
1)当信号源在端口1，首先复用共享矢量信号发生的射频通道和基带处理单元，通过耦合器3、开关4、开关2、开关1和耦合器1到信号源输出端口1，通过耦合器3和开关3产生网络参数分析的入射信号；通过耦合器1、开关3产生网络参数分析的反射信号；通过耦合2、开关1、开关2和开关3产生网络参数分析的传输信号。入射信号、反射信号和传输信号最后都是共享矢量信号分析的接收部分，通过直接下变频后变成两路正交基带信号到数字处理单元进行数字网络参数分析。
2)当信号源在端口2时，直接通过矢量信号发生产生信号源，通过耦合器3和开关3产生网络参数分析的入射信号；通过耦合器2直接连接到开关3产生网络参数分析的反射信号；通过耦合器1、开关1、开关2和开关3产生网络参数分析的传输信号。入射信号、反射信号和传输信号最后都是共享矢量信号分析的接收部分，通过直接下变频后变成两路正交基带信号到数字处理单元进行数字网络参数分析。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种PXIe总线矢量信号实时收发模块装置，其特征是：包括信号变频接收单元、信号直接上变频单元和数字处理单元，其中：
所述信号变频接收单元，被配置为直接将第一端口输入的射频信号放大衰减调理后直接下变频到零中频信号，传输至数字处理单元；
所述数字处理单元，被配置为通过伪随机序列生成、内插滤波方式产生正交两路数字基带信号，产生的正交两路基带信号，输出正交两路模拟基带信号到直接上变频单元；
所述信号直接上变频单元，被配置为将基带正交两路信号直接上变频到射频信号后由第二端口输出；
所述信号直接上变频单元包括耦合器电路；
所述耦合器电路包括第三耦合器和第二耦合器，所述第三耦合器和第二耦合器通过第四切换开关连接，第二耦合器与第二端口连接，所述第三耦合器与滤波放大电路连接；
所述信号变频接收单元和信号直接上变频单元之间通过多级路由切换耦合方式实现双端口测试功能；所述信号变频接收单元，包括本振合成电路、第一耦合器、多级开关切换电路和滤波放大电路，其中，所述本振合成电路的一端与数字处理单元连接，另一端通过滤波放大电路连接多级开关切换电路，多级开关切换电路通过第一耦合器连接第一端口；所述信号直接上变频单元包括本振合成电路、滤波放大电路、耦合器电路和多级开关切换电路，其中，所述本振合成电路的一端与数字处理单元的输出端连接，另一端与滤波放大电路连接，滤波放大电路连接耦合器电路，耦合器电路通过连接第一端口和第二端口；所述多级开关切换电路包括第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关和第四切换开关，所述第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关位于所述信号变频接收单元内，依次串联，第一切换开关与耦合器连接，第三切换开关与滤波放大电路连接；所述第四切换开关与第二切换开关共控制端；
输入信号经过第一端口或第二端口进入，通过多级路由切换耦合方式实现双端口测试功能。
2.如权利要求1所述的一种PXIe总线矢量信号实时收发模块装置，其特征是：所述数字处理单元，包括ADC采集单元、ADC产生单元、共享FPGA单元与滤波调理电路，其中，所述ADC采集单元一端通过滤波调理电路与所述信号变频接收单元的本振合成电路连接，另一端与所述共享FPGA单元连接，所述ADC产生单元一端与所述共享FPGA单元连接，另一端通过滤波调理电路与所述信号直接上变频单元的本振合成电路连接。
3.一种基于权利要求1-2中任一项所述的装置的工作方法，其特征是：当工作于矢量信号发生模式时，数字处理单元通过伪随机序列生成、内插滤波方式产生正交两路数字基带信号，产生的正交两路基带信号经过滤波调理后输出正交两路模拟基带信号到直接上变频单元，信号直接上变频单元将正交两路模拟基带信号进行直接正交调制直接产生射频调制信号，然后带通滤波、放大调理后由第二端口输出。
4.一种基于权利要求1-2中任一项所述的装置的工作方法，其特征是：当工作于矢量信号分析模式时，输入信号在信号变频接收单元进行滤波放大调理后与本振合成电路进行直接下变频，产生零中频正交两路基带信号，再送到数字处理单元，产生两路数字基带信号，然后两路分别进行抽取滤波，最后再进行信号分析。
5.一种基于权利要求1-2中任一项所述的装置的工作方法，其特征是：在网络参数分析模式中，当信号源在第一端口时，首先复用共享矢量信号发生的射频通道和基带处理单元，通过第三耦合器、第四切换开关、第二切换开关、第一切换开关和第一耦合器到信号源输出第一端口，通过第三耦合器和第三切换开关产生网络参数分析的入射信号；通过第一耦合器、第三切换开关产生网络参数分析的反射信号；通过第二耦合器、第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关产生网络参数分析的传输信号；入射信号、反射信号和传输信号最后都是共享矢量信号分析的接收部分，通过直接下变频后变成两路正交基带信号到数字处理单元进行数字网络参数分析。
6.一种基于权利要求1-2中任一项所述的装置的工作方法，其特征是：在网络参数分析模式中，当信号源在第二端口时，直接通过矢量信号发生产生信号源，通过第三耦合器和第三切换开关产生网络参数分析的入射信号；通过第二耦合器直接连接到第三切换开关产生网络参数分析的反射信号；通过第一耦合器、第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关产生网络参数分析的传输信号；入射信号、反射信号和传输信号最后都是共享矢量信号分析的接收部分，通过直接下变频后变成两路正交基带信号到数字处理单元进行数字网络参数分析。
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