基于VPX总线的多功能测量模块的设计

发布时间：2021-03-17 06:59

　　随着技术的发展,箭上设备的复杂度及技术指标越来越高,与其配套的测试设备的技术指标也相应地大幅度提高。现有的测试设备大多采用PXI总线或CPCI总线实现数据传输,这种并行传输总线的数据传输速度及其抗干扰能力不能满足要求,因此,研制数据传输速度高且抗干扰能力强的测试设备具有重要的应用价值。本文首先提出了一种基于串行VPX总线的多功能测量模块的设计方案,在此基础上,研制了基于VPX总线的多功能测量模块并对该模块进行测试,测试结果表明,基于VPX总线的多功能测量模块能显著提升模块数据传输的带宽,同时具有良好的抵抗恶劣环境的能力,满足测试系统的需求。论文的主要工作如下:首先,分析了多功能测量模块的需求,并研究了 VPX总线的规范与实现方法,在此基础上,完成了基于VPX总线的多功能测量模块总体方案设计,其中,在对比接口芯片与IP核的设计方案的基础上,基于PEX8311接口芯片来设计了 VPX高速传输串行总线。其次,研制了基于VPX总线的多功能测量模块的硬件电路,包括具有保护和程控放大功能的采集电路、具有椭圆滤波和增益放大功能的输出电路及具有协议转换功能的总线接口电路。然后,设计了基于多功能测量模块... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２－丨ＰＣｆｆｉ总线系统拓扑结构??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｔｈｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ?ｏｆ?ＰＣＩＥ?ｂｕｓ?ｓｙｓｔｅｍ??

每通道都由两对低压差分信号组成（Ｄ＋与Ｄ－），有效减少外部信号对传输造??成的干扰。连接两台设备的一个ＰＣＩＥ互联称之为链路Ｃ点对点的连接），ＰＣＩＥ链??路如图２－２所示。在链路上两台ＰＣＩＥ设备可通过２＂＂１对差分线进行数据传输，这??２ｎ＋Ｉ对差分线也可以称作为ＰＣＩＥ通道。显然在数据传输中链路含有的ＰＣ丨Ｅ通道??越多，数据传输的速率越快，设计人员可根据需求指标进行选择通道的设计。在硬??件初始化期间，链路两端的设备自动初始化链路的带宽和工作频率。目前ＰＣ圧链??路宽度最大为３２通道，共６４对差分信号，理论带宽可达到１６０Ｇｂｐｓ。由于ＰＣＩＥ??总线为保证数据的稳定，发送的每８ｂｉｔ数据都被转换为ｌＯｂｉｔ代码，使得发送一个??字节的数据会产生２５％的损耗，故实际值为理论值的８０％，为１２８Ｇｂｐｓ。后续进行??的方案设计为单通道链路来完成多功能模块的ＶＰＸ总线设计，每方向传输速度达??２．５Ｇｂｐｓ，实际带宽达４Ｇｂｐｓ。??数据包??？???设备１?每方向ｘｌ、ｘ２、ｘ４、ｘ８、Ｘ丨２、ｘｌ６、Ｘ３２个信号对?设备２???—??？??＾数据包?｜??图２－２?ＰＣＩＥ链路??Ｆｉｇｕｒｅ?２－２?ＰＣＩＥ?ｌｉｎｋ??尽管ＰＣＩＥ总线接口具有多种通道宽度的配置方法

的电压范围。??齡｛言！?ＤＡ转换器一？电压转换一？差分变单端一？滤波电路一？电压放大??图２＊４输出通道框图??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?Ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｏｕｔｐｕｔ?ｃｈａｎｎｅｌ??电压转换运用精密电阻产生电压信号，通入下一级差分放大电路。??差分变单端部分通过运算放大器实现，设计原理就是运用差分放大电路，设计??原理如图２－５所示。??Ｒｆ???＊ｗ???Ｉ?＞—?１?＋?Ｖｏｕｔ??Ｖｐ?Ｒ２?Ｉ?１＾?Ｉ??ｌＲＰ??图２－５差分转单端设计原理??Ｆｉｇｕｒｅ?２－５?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ?ｓｉｇｎａｌ?ｔｏ?ｓｉｎｇｌｅ?ｅｎｄｅｄ?ｓｉｇｎａｌ??根据运算放大器原理，得出输入输出关系：??Ｒ，＋Ｒｆ?Ｒ？?Ｒｆ??Ｆ邮＝」￣ｆ－＊—ｐ－ＵＰ－＾－Ｕａ?（２－１）??＾?Ｒ＇?ｒ２?＋?ｒｐ?ｒ，??使＾?，?ｉ？／＝?Ａ?．得到／沁；由于差分放大电路在差模输入??时，产生的噪声（同相位、同幅度）以完全相同的方式加载到两传输线上，进行差??分放大时

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于流水线型A/D的多道能谱分析仪数据采集系统[J]. 王杏卓,杨玲,党博.  电子测试. 2018(Z1)
[2]基于VPX架构的高速信号板设计[J]. 肖希,张雄林.  兵工自动化. 2017(12)
[3]基于VPX标准的以太网交换模块设计[J]. 俞大磊,邓豹,韩强.  工业控制计算机. 2017(06)
[4]PEX8311在超声系统中的应用[J]. 梅茹,邱浩淼,李德来.  中国医疗器械信息. 2016(09)
[5]VPX总线模块结构设计规范研究[J]. 宋敏,张亚玎.  电子机械工程. 2016(01)
[6]基于VPX标准的通用信号处理机结构设计[J]. 曹彦伟,尹甲人.  机械工程师. 2015(10)
[7]雷达微波模块通用测试平台设计与实现[J]. 宋吟龄.  国外电子测量技术. 2015(01)
[8]PCI Express总线高速数据传输测试系统[J]. 李硕,刘兴春.  电子测量技术. 2013(12)
[9]宽带相控阵雷达高性能信号处理系统[J]. 吴长瑞,孔超,冀映辉,岑凡,蔡惠智.  计算机工程. 2012(09)
[10]基于虚拟仪器的信号源产生控制技术研究[J]. 张华春,陶新,倪江.  测试技术学报. 2012(02)

硕士论文
[1]基于PCI Express总线的XMC接口设计[D]. 张春恒.中北大学 2017
[2]高速串行总线的控制与应用[D]. 张海军.西安电子科技大学 2015
[3]基于VPX总线的多通道高速信号采集模块设计[D]. 罗康.西安电子科技大学 2015
[4]基于VPX和国产芯片的以太网交换板设计[D]. 邱里鑫.西安电子科技大学 2015
[5]叶尖定时信号调理及获取方法技术研究[D]. 汪猛.天津大学 2016
[6]基于FPGA的PCI-E高清视频采集系统的研究与应用[D]. 周杰.浙江大学 2015
[7]基于PXIe的大容量数据采集模块硬件设计[D]. 邵鄂.电子科技大学 2014
[8]双通道高速A/D模块研制[D]. 俞敏敏.哈尔滨工业大学 2010



本文编号：3086824