CN114844750A - 基于全同步采样的快速幅相一致性标校方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全同步采样的快速幅相一致性标校方法，包括连接同步采样设备，进行同步采样配置，进行一致性标校等步骤。本发明基于多通道的同步采样，使用FPGA信号处理、EEPROM零值存取和通道校准来实现快速一致性标校。FPGA内的校准使用乘法器做移相和幅度校正，只需要两个延时，可满足快速标校的要求。
Description
技术领域
本发明涉及相控阵技术领域，具体涉及一种基于全同步采样的快速幅相一致性标校方法。
背景技术
随着相控阵技术的发展，相控阵也朝着多通道、小型化发展。如图1所示，传统的模拟相控阵标校，需要利用矢量网络分析仪，测试并记录每个通道的幅相零值，并通过调试设备将幅相零值存储到起来，整个过程复杂、缓慢，需要大量的人力物力。随着相控阵通道数的增加，标校时间也随之增加。随着相控阵小型化的发展，对测试仪器测试线缆的要求导致标校成本的增加。
随着数字技术的发展，FPGA可处理的资源越来越高、速度越来越快。目前，JESD204B标准协议可以解决板卡间的同步问题，其使用SYSREF信号，并且ADC到FPGA信号各个通道设置等长，以此来满足全同步采样。这就给快速一致性标校提供了基础。但是，现有技术中尚没有利用这一点来实现全同步采样的尝试。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于全同步采样的快速幅相一致性标校方法，该方法基于多通道的同步采样，使用FPGA信号处理、EEPROM零值存取和通道校准来实现快速一致性标校。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种基于全同步采样的快速幅相一致性标校方法，包括以下步骤：
（1）连接同步采样设备，其中，信号源输出的模拟信号经分路器分为多路，输入FPGA的多个采样通道，监控计算机通过串口与FPGA连接；
（2）通过监控计算机向FPGA发送指令，进行同步采样配置；具体方式为：
（201）FPGA的多个采样通道同时进行零中频采样；
（202）根据采样后的I/Q数据，计算各个通道间的相位一致性，测试通道间是否满足同步采样；
（203）如果满足同步采样，则FPGA内部不进行配置，如果通道间有差异，则通过FPGA配置时钟芯片通道间的延时，达到同步采样；
（3）通过监控计算机向FPGA发送指令，进行一致性标校；具体方式为：
（301）FPGA的多个采样通道同时进行零中频采样；
（302）对采样后的I/Q数据进行信号处理，得到幅度零值和相位零值；
（303）将幅度零值和相位零值存储到EEPROM中；
（304）重新上电，通过FPGA读取EEPROM存储的幅度零值和相位零值，完成各通道校正。
进一步的，步骤（201）和（301）中，每次采样的抖动范围不超过±5皮秒。
进一步的，步骤（302）的具体方式为：
对各通道的采样数据做积分清洗，减少误差；
对清洗后的数据，通过反正切算法计算相位零值；
对清洗后的数据做FFT，然后通过峰值搜索计算幅度零值。
进一步的，步骤（304）中完成各通道校正的具体方式为：通过移相完成相位校正，通过乘以幅度零值完成幅度校正。
本发明的有益效果在于：
1、本发明基于多通道的同步采样，使用FPGA信号处理、EEPROM零值存取和通道校准来实现快速一致性标校。
2、本发明利用FPGA进行校准，使用乘法器做移相和幅度校正，只需要两个延时，满足快速标校的要求。
附图说明
图1是传统模拟通过矢量网络分析仪幅相一致性标校的原理示意图；
图2是本发明实施例中同步采样仪器的连接框图；
图3是本发明实施例中配置阶段的处理流程图；
图4是本发明实施例中标校阶段的处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的说明。
一种基于全同步采样的快速幅相一致性标校方法，包括以下步骤：
（1）按照图2连接同步采样设备，其中，信号源输出的模拟信号经分路器分为多路，输入FPGA的多个采样通道，监控计算机通过串口与FPGA连接；
（2）通过监控计算机向FPGA发送指令，进行同步采样配置；
（3）通过监控计算机向FPGA发送指令，进行一致性标校。
其中，步骤（2）如图3所示，具体方式如下：
（201）监控计算机通过串口发送指令配置FPGA处理标定模式；
（202）各通道ADC进行零中频采样，采样后的I/Q数据通过FPGA计算各个通道间的相位一致性，测试通道间是否满足同步采样；
（203）如果满足同步采样，则FPGA内部不需要配置，如果通道间有差异，需要通过FPGA配置时钟芯片通道间的延时来达到同步采样；
（204）多次上电，观察是否每次都满足同步采样，以此来检查设备稳定性，在具有稳定性的设备上来进行幅相一致性标校。
步骤（3）如图4所示，具体方式如下：
（301）监控计算机通过串口发送指令配置FPGA处理标定模式；
（302）各通道ADC进行零中频同步采样，采样后的I/Q数据发给FPGA做信号处理；
（303）FPGA中需要先对各通道同步采样做积分清洗，减少误差，然后反正切算法计算相位零值，做FFT然后峰值搜索计算幅度零值。幅相零值均以第一通道为基准；
（304）在标定模式下，FPGA计算出来的幅相零值可自动存储到EEPROM里面；
（305）重新上电；
（306）FPGA读取EEPROM里面的幅相零值，通过移相完成相位校正，通过乘以幅度零值完成幅度校正。
步骤（301）中，各个通道间需要同步采样，并且每次采样抖动范围不能过大，导致零值变化过大，这就需要对前端设备、数字板卡PCB数字信号走线等长和ADC的采样时钟抖动提出要求。不同板卡的通道同步需要使用SYSREF信号，这里使用SYSREF上升沿完成采样。同时可以通过FPGA配置时钟芯片，完成各个通道间延时，满足同步采样要求。
步骤（302）中，为了降低计算出来的幅相零值标准差，FPGA中需要先对同步采样结果做积分清洗，然后通过反正切算法计算相位零值；此外，对同步采样结果做FFT，然后通过峰值搜索计算幅度零值。幅相零值均以第一通道为基准。
步骤（303）中计算的幅相零值，通过串口控制将零值存储到EEPROM，FPGA配置EEPROM使其上电自动读取存储的零值。EEPROM断电内部数据不会清除。自此完成了幅相零值标定工作，接下来需要进行零值校正，标定和校正工作通过串口控制，默认工作模式为校正模式。
步骤（304）中，再次上电后，FPGA读取EEPROM存储的幅相零值，并完成移相和幅度校正。
总之，本发明利用FPGA进行校准，使用乘法器做移相和幅度校正，只需要两个延时，满足快速标校的要求。该方法基于多通道的同步采样，使用FPGA信号处理、EEPROM零值存取和通道校准，可以实现快速一致性标校。
Claims (4)
1.一种基于全同步采样的快速幅相一致性标校方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）连接同步采样设备，其中，信号源输出的模拟信号经分路器分为多路，输入FPGA的多个采样通道，监控计算机通过串口与FPGA连接；
（2）通过监控计算机向FPGA发送指令，进行同步采样配置；具体方式为：
（201）FPGA的多个采样通道同时进行零中频采样；
（202）根据采样后的I/Q数据，计算各个通道间的相位一致性，测试通道间是否满足同步采样；
（203）如果满足同步采样，则FPGA内部不进行配置，如果通道间有差异，则通过FPGA配置时钟芯片通道间的延时，达到同步采样；
（3）通过监控计算机向FPGA发送指令，进行一致性标校；具体方式为：
（301）FPGA的多个采样通道同时进行零中频采样；
（302）对采样后的I/Q数据进行信号处理，得到幅度零值和相位零值；
（303）将幅度零值和相位零值存储到EEPROM中；
（304）重新上电，通过FPGA读取EEPROM存储的幅度零值和相位零值，完成各通道校正。
2.根据权利要求1所述的基于全同步采样的快速幅相一致性标校方法，其特征在于，步骤（201）和（301）中，每次采样的抖动范围不超过±5皮秒。
3.根据权利要求1所述的基于全同步采样的快速幅相一致性标校方法，其特征在于，步骤（302）的具体方式为：
对各通道的采样数据做积分清洗，减少误差；
对清洗后的数据，通过反正切算法计算相位零值；
对清洗后的数据做FFT，然后通过峰值搜索计算幅度零值。
4.根据权利要求1所述的基于全同步采样的快速幅相一致性标校方法，其特征在于，步骤（304）中完成各通道校正的具体方式为：通过移相完成相位校正，通过乘以幅度零值完成幅度校正。
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