基于VXI總線的射頻開關(guān)模塊的研制

0 引言

隨著電子裝備的現(xiàn)代化、高科技化和復(fù)雜化，要求對(duì)電子裝備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)試，這就必須依靠自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來完成。為了提高我軍的裝備保障水平，必須盡快實(shí)現(xiàn)我軍軍用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(Automatic Test Equipment，簡(jiǎn)稱ATE)的國(guó)產(chǎn)化，縮短與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，確保軍用檢測(cè)設(shè)備免受國(guó)外技術(shù)保護(hù)的限制，提高軍用ATE的效費(fèi)比。因此研究VXI總線技術(shù)，開發(fā)滿足軍方特殊要求的VXI總線模塊，具有十分重要的意義。

射頻開關(guān)是用于控制射頻信號(hào)傳輸路徑的控制器件之一，在無線通信、電子對(duì)抗、雷達(dá)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試設(shè)備等許多領(lǐng)域中有廣泛用途。隨著現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，移動(dòng)通信、雷達(dá)、衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)對(duì)收發(fā)切換開關(guān)的開關(guān)速度、功率容量、集成性等方面有了更高的要求。

1 VXI總線接口電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

VXIbus是VMEbus在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展（VMEbus Extensions for Instrumentation），是計(jì)算機(jī)操縱的模塊化自動(dòng)儀器系統(tǒng)。它依靠有效的標(biāo)準(zhǔn)化，采用模塊化的方式，實(shí)現(xiàn)了系列化、通用化以及VXIbus儀器的互換性和互操作性，其開放的體系結(jié)構(gòu)和PlugPlay方式完全符合信息產(chǎn)品的要求。它具有高速數(shù)據(jù)傳輸、結(jié)構(gòu)緊湊、配置靈活、電磁兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，，因此系統(tǒng)組建和使用非常方便，應(yīng)用也越來越廣泛，已逐漸成為高性能測(cè)試系統(tǒng)集成的首選總線^[1]。

VXI總線是一種完全開放的、適用于各儀器生產(chǎn)廠家的模塊化儀器背板總線規(guī)范。VXI總線器件主要分為：寄存器基器件、消息基器件和存儲(chǔ)器基器件。目前寄存器基器件在應(yīng)用中所占比例最大(約70%)。VXIbus寄存器基接口電路主要包括：總線緩沖驅(qū)動(dòng)、尋址和譯碼電路、數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答狀態(tài)機(jī)、配置及操作寄存器組四個(gè)部分。四個(gè)部分中除總線緩沖驅(qū)動(dòng)采用74ALS245芯片來實(shí)現(xiàn)外，其余部分都用FPGA來實(shí)現(xiàn)。采用一片F(xiàn)LEX10K 芯片EPF10K10QC208-3和一片EPROM芯片EPC1441P8，利用相應(yīng)軟件MAX+PLUSⅡ來進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1.1 總線緩沖驅(qū)動(dòng)

該部分完成對(duì)VXI背板總線中的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線的緩沖接收或驅(qū)動(dòng)，以滿足VXI規(guī)范信號(hào)的要求。對(duì)于A16/D16器件，只要實(shí)現(xiàn)背板數(shù)據(jù)總線D00～D15的緩沖驅(qū)動(dòng)。根據(jù)VXI總線規(guī)范的要求，此部分采用兩片74LS245實(shí)現(xiàn)，用DBEN*（由數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生）來選通。

1.2 尋址和譯碼電路

尋址線包括地址線A01～A31、數(shù)據(jù)選通線DS0*和DS1*、長(zhǎng)字線LWORD*?？刂凭€包括地址選通線AS*和讀/寫信號(hào)線WRITE*。

本電路的設(shè)計(jì)采用MAX+PLUSⅡ的原理圖設(shè)計(jì)方式。利用元件庫里的現(xiàn)有元件進(jìn)行設(shè)計(jì),采用了兩片74688和一片74138。其創(chuàng)建的功能模塊如圖2-1所示。

該功能模塊對(duì)地址線A15～A01及地址修改線AM5～AM0進(jìn)行譯碼。當(dāng)器件被尋址時(shí)，接收地址線及地址修改線上的地址信息，并將其與本模塊上硬件地址開關(guān)設(shè)置的邏輯地址LA7～LA0相比較，如果AM5～AM0上邏輯值為29H或2DH（由于是A16/D16器件），地址線A15、A14均為1，并且A13～A06上的邏輯值與模塊的邏輯地址相等時(shí)，該器件被尋址選通（CADDR*為真）。接著其結(jié)果被送往下一級(jí)譯碼控制，通過對(duì)地址A01～A05進(jìn)行譯碼選中模塊在16位地址空間的寄存器。

1.3 數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答狀態(tài)機(jī)

數(shù)據(jù)傳輸總線是一組高速異步并行數(shù)據(jù)傳輸總線，是VMEbus系統(tǒng)信息交換的主要組成部分。數(shù)據(jù)傳輸總線的信號(hào)線可分為尋址線、數(shù)據(jù)線、控制線三組。

該部分的設(shè)計(jì)采用MAX+PLUSⅡ的文本輸入設(shè)計(jì)方式。由于DTACK*的時(shí)序比較復(fù)雜，所以采用AHDL語言來進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的功能模塊如圖2-2所示。

該功能模塊對(duì)VXI背板總線中的控制信號(hào)進(jìn)行組態(tài)，為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸周期提供時(shí)序及控制信號(hào)（產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸使能信號(hào)DBEN*，總線完成數(shù)據(jù)傳輸所需的應(yīng)答信號(hào)DTACK*等）。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，系統(tǒng)控制者首先對(duì)模塊進(jìn)行尋址，并將相應(yīng)的地址選通線AS*，數(shù)據(jù)選通線DS0*、DS1*以及控制數(shù)據(jù)傳輸方向的WRITE*信號(hào)線等設(shè)置為有效電平。當(dāng)模塊檢測(cè)到地址匹配及各控制線有效后，驅(qū)動(dòng)DTACK*為低電平，以此向總線控制者確認(rèn)已經(jīng)將數(shù)據(jù)放置在數(shù)據(jù)總線上(讀周期) 或已經(jīng)成功地接收到數(shù)據(jù)(寫周期)。

1.4 配置寄存器

每個(gè)VXI總線器件都有一組“配置寄存器”，系統(tǒng)主控制器通過讀取這些寄存器的內(nèi)容來獲取VXI總線器件的一些基本配置信息，如器件類型、型號(hào)、生產(chǎn)廠家、地址空間（A16、A24、A32）以及所要求的存儲(chǔ)空間等。

VXI總線器件的基本配置寄存器有：識(shí)別寄存器、器件類型寄存器、狀態(tài)寄存器、控制寄存器。

該部分電路的設(shè)計(jì)采用MAX+PLUSⅡ的原理圖設(shè)計(jì)方式，利用74541芯片，其創(chuàng)建的功能模塊如圖2-3所示。