數字中頻和FPGA調試

1.必要性分析

隨著(zhù)數字芯片處理能力的不斷提高，當今的通信系統和雷達系統的結構已經(jīng)轉向具有模擬和強大數字處理功能的混合系統。系統中，數字信號處理部分完成的功能越來(lái)越多，廣泛應用于發(fā)射信號建立和接收信號的解調處理等功能。高性能ADC/DAC器件和FPGA技術(shù)的進(jìn)步也大大擴展了數字電路的功能和性能。

許多系統的先進(jìn)功能都是通過(guò)數字信號處理技術(shù)來(lái)完成。例如：復雜的數字調制是依靠數字方法完成，然后由高性能DAC和IQ 調制器來(lái)實(shí)現。在電子系統接收機處理過(guò)程中，廣泛采用了數字中頻技術(shù)，由數字電路來(lái)完成增益放大、匹配濾波、解調處理、解碼處理等功能。

圖1 數字化發(fā)射機和接收機的典型組成

2.平臺組成框圖

對數字電路的測試，傳統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(lái)進(jìn)行信號分析，對數字信號的時(shí)序和邏輯關(guān)系進(jìn)行測試。但這種方法很難直接對電路中數字信號的矢量參數進(jìn)行分析，例如量化數字IQ信號的調制精度，相位誤差等。 也不能直觀(guān)地提供信號處理算法的效果定量參數，而這些參數對于精確判斷數字電路的性能或故障定位是非常重要的。

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

圖2 數字中頻電路測試平臺框圖

圖3 Agilent 16800邏輯分析儀動(dòng)態(tài)探頭技術(shù)

3.平臺實(shí)現功能及性能參數

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

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

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