數(shù)字中頻和FPGA調(diào)試

1.必要性分析

隨著數(shù)字芯片處理能力的不斷提高，當今的通信系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)轉(zhuǎn)向具有模擬和強大數(shù)字處理功能的混合系統(tǒng)。系統(tǒng)中，數(shù)字信號處理部分完成的功能越來越多，廣泛應(yīng)用于發(fā)射信號建立和接收信號的解調(diào)處理等功能。高性能ADC/DAC器件和FPGA技術(shù)的進步也大大擴展了數(shù)字電路的功能和性能。

許多系統(tǒng)的先進功能都是通過數(shù)字信號處理技術(shù)來完成。例如：復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制是依靠數(shù)字方法完成，然后由高性能DAC和IQ 調(diào)制器來實現(xiàn)。在電子系統(tǒng)接收機處理過程中，廣泛采用了數(shù)字中頻技術(shù)，由數(shù)字電路來完成增益放大、匹配濾波、解調(diào)處理、解碼處理等功能。

圖1 數(shù)字化發(fā)射機和接收機的典型組成

2.平臺組成框圖

對數(shù)字電路的測試，傳統(tǒng)的測試手段主要是以碼型發(fā)生器作為被測電路的激勵，然后利用示波器和邏輯分析儀來進行信號分析，對數(shù)字信號的時序和邏輯關(guān)系進行測試。但這種方法很難直接對電路中數(shù)字信號的矢量參數(shù)進行分析，例如量化數(shù)字IQ信號的調(diào)制精度，相位誤差等。 也不能直觀地提供信號處理算法的效果定量參數(shù)，而這些參數(shù)對于精確判斷數(shù)字電路的性能或故障定位是非常重要的。

基于先進儀表的技術(shù)發(fā)展，可以建立完整的數(shù)字中頻和FPGA調(diào)試平臺。在這個平臺上，可以完成對數(shù)字中頻電路和FPGA的獨立測試和調(diào)試。測試中，系統(tǒng)能提供實時的數(shù)字矢量激勵信號，數(shù)字信號的格式和電平與被測試數(shù)字電路相匹配。數(shù)字信號分析儀不僅能對數(shù)字信號的波形和邏輯關(guān)系進行測試。還可連接矢量分析軟件完成對被測數(shù)字信號的幅度和相位參數(shù)進行分析。數(shù)字中頻和FPGA測試平臺和的儀表配置如下圖所示。

圖2 數(shù)字中頻電路測試平臺框圖

圖3 Agilent 16800邏輯分析儀動態(tài)探頭技術(shù)

3.平臺實現(xiàn)功能及性能參數(shù)

測試平臺主要針對電子系統(tǒng)中數(shù)字信號處理電路和中頻電路部分的測試需求。通過提供完整的測試激勵信號，包含簡單的碼型激勵和復(fù)雜矢量調(diào)制信號，分析儀表對數(shù)字電路的響應(yīng)進行全面分析，利用分析的結(jié)果來評估數(shù)字電路的性能。測試技術(shù)的突破是現(xiàn)在先進測試儀表能夠提供數(shù)字形式的復(fù)雜調(diào)制信號。如：任意數(shù)字調(diào)制信號；無線通信信號；雷達信號；用戶計算的任意波信號等。這些信號可以以數(shù)字IQ形式或數(shù)字中頻形式輸出。另外邏輯分析儀除能完成數(shù)字信號的定時分析和狀態(tài)分析外，還可作為多通道數(shù)字信號的采集電路，采集的數(shù)字信號數(shù)據(jù)可以利用儀表內(nèi)置的矢量分析軟件進行分析。矢量分析的目的是利用頻域、時域和解調(diào)處理來得到信號完整的參數(shù)，特別是調(diào)制特性指標。通過對數(shù)字電路輸入信號和輸出信號分別進行矢量分析，還可得到數(shù)字信號處理電路的頻率響應(yīng)。

數(shù)字電路測試平臺的主要核心為N5102A數(shù)字接口卡和16800系列邏輯分析儀。由N5102A負責輸出數(shù)字激勵信號，然后利用邏輯分析儀對輸出信號進行分析。

基于數(shù)字電路測試儀表，可以對數(shù)字電路、模數(shù)混合電路及DSP處理算法進行獨立測試。這樣一方面可以消除模擬電路對測試結(jié)果的影響，另外可以定量地對數(shù)字電路的性能進行驗證和評估。數(shù)字電路是整個電子系統(tǒng)中靈活性最大，發(fā)展最快的部分，利用測試平臺的儀表對數(shù)字電路進行分析，使得大系統(tǒng)研發(fā)過程中，可以針對關(guān)鍵的數(shù)字信號處理技術(shù)上進行重點研究和突破。關(guān)鍵技術(shù)的掌握可以大大提高整個系統(tǒng)研發(fā)的效率。