遙測艙信號源的設計與實(shí)現

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(shí)際測量的信號。因此，一個(gè)性能良好的信號源的設計對遙測艙有著(zhù)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計方案及其實(shí)現方法。實(shí)踐證明，該設計與實(shí)現方法具有獨特的創(chuàng )意，這種信號源不僅性能穩定，而且具有較好的靈活性，滿(mǎn)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(guò)檢測和調試。遙測艙信號源是根據測試要求向待測產(chǎn)品實(shí)時(shí)地發(fā)送各種激勵，以此來(lái)模擬導彈遙測艙實(shí)際測量到的信號，遙測艙產(chǎn)品會(huì )對收到的激勵信號做相應的處理，然后從其輸出端輸出數據，這些數據將被采集到遙測艙內部，通過(guò)地面接收系統軟件的分析，就可以判斷遙測艙產(chǎn)品有無(wú)故障。由此可見(jiàn)，信號源是遙測艙檢測系統中非常重要的組成部分，本文主要針對此信號源的設計與實(shí)現展開(kāi)論述。

1 設計要求
該信號源需要為遙測艙提供串行圖像數據、并行數據、串行RS 422數據、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(chǎng)上的信號發(fā)生器一般都用來(lái)產(chǎn)生較為簡(jiǎn)單的信號，不能夠滿(mǎn)足本系統的需求。因此，將針對本系統的特殊要求設計一個(gè)可編程的信號源。

2 設計方案
采用數字信號源的設計方法，主要以FPGA可編程芯片為核心，輔以必要的電平轉換電路，構成可編程信號源?？刂七壿嬘蒄PGA可編程芯片來(lái)實(shí)現。FPGA通過(guò)內部邏輯，主要實(shí)現三個(gè)功能：產(chǎn)生模擬信號所需的頻率基準信號；產(chǎn)生并行數據和圖像數據的伴隨信號，產(chǎn)生并行數據和串行RS 422數據和串行圖像數據。模擬信號由功率放大電路進(jìn)行幅值調節。數字信號經(jīng)過(guò)接口芯片進(jìn)行電平轉換。
信號源電路板由電源轉換模塊、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(xiàn)驅動(dòng)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(chǎng)上性?xún)r(jià)比最優(yōu)且價(jià)格最低的FPGA。容量為5 980個(gè)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(gè)，可通過(guò)VHDL語(yǔ)言編程來(lái)自由支配、定義其接口功能，方便PCB版圖設計時(shí)的布局布線(xiàn)，而且FPGA硬件的速度是納秒級的，VHDL程序內部對各功能模塊的處理是按并行方式進(jìn)行的，這樣既很好地解決了信號通路多的問(wèn)題，又能實(shí)時(shí)、快速地傳輸處理高速數據流。同時(shí)，借助EDA工具軟件Quartus直接進(jìn)行代碼編寫(xiě)、功能仿真和時(shí)序仿真，簡(jiǎn)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構造所需的最佳解決方案。