遙測艙信號源的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：為了檢測遙測艙能否正常工作，必須為其提供各種輸入信號，以此模擬實際測量的信號。因此，一個性能良好的信號源的設(shè)計對遙測艙有著至關(guān)重要的作用。在此，給出一種基于FPGA的遙測艙信號源的設(shè)計方案及其實現(xiàn)方法。實踐證明，該設(shè)計與實現(xiàn)方法具有獨特的創(chuàng)意，這種信號源不僅性能穩(wěn)定，而且具有較好的靈活性，滿足使用要求。
關(guān)鍵詞：遙測艙；信號源；FPGA；VHDL

0 引言
遙測艙是導彈研制中不可缺少的關(guān)鍵測試部件，它為導彈系統(tǒng)的順利研制提供了重要保證。為了提高安全性和可靠性，遙測艙產(chǎn)品使用前必須通過檢測和調(diào)試。遙測艙信號源是根據(jù)測試要求向待測產(chǎn)品實時地發(fā)送各種激勵，以此來模擬導彈遙測艙實際測量到的信號，遙測艙產(chǎn)品會對收到的激勵信號做相應的處理，然后從其輸出端輸出數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將被采集到遙測艙內(nèi)部，通過地面接收系統(tǒng)軟件的分析，就可以判斷遙測艙產(chǎn)品有無故障。由此可見，信號源是遙測艙檢測系統(tǒng)中非常重要的組成部分，本文主要針對此信號源的設(shè)計與實現(xiàn)展開論述。

1 設(shè)計要求
該信號源需要為遙測艙提供串行圖像數(shù)據(jù)、并行數(shù)據(jù)、串行RS 422數(shù)據(jù)、模擬信號，這些信號可單獨或者組合輸出。模擬信號可輸出幅值為-10～+10 V，頻率為100～40 kHz的脈沖信號。
目前市場上的信號發(fā)生器一般都用來產(chǎn)生較為簡單的信號，不能夠滿足本系統(tǒng)的需求。因此，將針對本系統(tǒng)的特殊要求設(shè)計一個可編程的信號源。

2 設(shè)計方案
采用數(shù)字信號源的設(shè)計方法，主要以FPGA可編程芯片為核心，輔以必要的電平轉(zhuǎn)換電路，構(gòu)成可編程信號源?？刂七壿嬘蒄PGA可編程芯片來實現(xiàn)。FPGA通過內(nèi)部邏輯，主要實現(xiàn)三個功能：產(chǎn)生模擬信號所需的頻率基準信號；產(chǎn)生并行數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的伴隨信號，產(chǎn)生并行數(shù)據(jù)和串行RS 422數(shù)據(jù)和串行圖像數(shù)據(jù)。模擬信號由功率放大電路進行幅值調(diào)節(jié)。數(shù)字信號經(jīng)過接口芯片進行電平轉(zhuǎn)換。
信號源電路板由電源轉(zhuǎn)換模塊、可編程邏輯器件、LVDS接口芯片、RS 422接口芯片、運算放大器和總線驅(qū)動器等組成。硬件電路原理框圖如圖1所示。

FPGA采用Altera公司的Cyclone系列EP1C6。Cyclone FPGA是目前市場上性價比最優(yōu)且價格最低的FPGA。容量為5 980個邏輯單元，具有多達92 160位嵌入RAM。支持各種單端I／O標準如LVTTL，LVCMOS，PCI和SSTL-2／3。FPGA的I／O端口多達185個，可通過VHDL語言編程來自由支配、定義其接口功能，方便PCB版圖設(shè)計時的布局布線，而且FPGA硬件的速度是納秒級的，VHDL程序內(nèi)部對各功能模塊的處理是按并行方式進行的，這樣既很好地解決了信號通路多的問題，又能實時、快速地傳輸處理高速數(shù)據(jù)流。同時，借助EDA工具軟件Quartus直接進行代碼編寫、功能仿真和時序仿真，簡單易行地完成硬件功能的驗證、添加和修改。配置器件采用Altera公司的串行配置器件EPCS1，工業(yè)級低成本，提供在系統(tǒng)編程(ISP)和多次編程能力，這種能力是一次性可編程器件所不具備的，但其成本甚至低于一次性可編程器件，是Cyclone系列器件最完美的補充。存儲容量的范圍為1 Mb，使其更容易配合FPGA構(gòu)造所需的最佳解決方案。