鄭冰

【關(guān)鍵詞】分段存儲(chǔ) PXI 測(cè)量

1. 前言

寬帶高速信號(hào)要求測(cè)試設(shè)備同時(shí)具備高采樣率和超強(qiáng)的數(shù)據(jù)捕獲能力，這對(duì)測(cè)試設(shè)備性能提出了極高的要求。所有測(cè)試設(shè)備的存儲(chǔ)長(zhǎng)度都是有限的，要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行測(cè)試不得不在分辨率和捕獲長(zhǎng)度之間做出取舍。

在測(cè)試設(shè)備中，采樣率× 采集時(shí)間= 采集內(nèi)存。采樣率越高， 則數(shù)據(jù)采集的時(shí)間越小。另一方面，若要加長(zhǎng)采集時(shí)間窗口， 則需要以降低采樣率為代價(jià)。

對(duì)于一些低占空比的信號(hào)， 高性能示波器采用FastFrame 技術(shù)，改善了存儲(chǔ)使用效率和數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，消除了采集時(shí)間窗口和水平分辨率不可兼得的矛盾。但由于示波器頻率范圍和采樣速率的限制，針對(duì)高頻率信號(hào)則無(wú)法進(jìn)行測(cè)量，即使在頻率范圍內(nèi)仍需占用大量?jī)?nèi)存，使得采集測(cè)量效率降低。

2. 存儲(chǔ)方法

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本文提供了一種基于PXI 總線結(jié)構(gòu)的低占空比寬帶高速信號(hào)的存儲(chǔ)測(cè)量方法，使寬帶高速信號(hào)能夠快速進(jìn)行存儲(chǔ)和測(cè)量。

需要使用PXI 零槽控制器、PXI 中頻數(shù)字化模塊、PXI 下變頻模塊和PXI 計(jì)數(shù)器模塊。該方法采用PXI 結(jié)構(gòu)的測(cè)試系統(tǒng)，利用同步觸發(fā)信號(hào)，進(jìn)行寬帶高速信號(hào)的存儲(chǔ)測(cè)量，其解決問(wèn)題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

（1）按照?qǐng)D1 連接設(shè)備，連接PXI 零槽控制器、PXI 中頻數(shù)字化模塊、PXI 下變頻模塊和PXI 計(jì)數(shù)器模塊，將寬帶高速信號(hào)連接至PXI 下變頻模塊的射頻輸入端口，將同步觸發(fā)信號(hào)通過(guò)功分器分別連接至PXI 中頻數(shù)字模塊的觸發(fā)輸入端口和PXI 計(jì)數(shù)器模塊輸入端口。以脈沖調(diào)制信號(hào)為例，若不存在同步觸發(fā)信號(hào)，利用檢波器對(duì)脈沖調(diào)制信號(hào)包絡(luò)檢波的方法取得調(diào)制脈沖，以該脈沖信號(hào)作為同步觸發(fā)信號(hào);

（2）設(shè)置PXI 下變頻模塊的本振頻率，使得PXI 下變頻模塊的輸出頻率為PXI 中頻數(shù)字化模塊的所需輸入頻率值;

（3）將PXI 中頻數(shù)字化模塊設(shè)置為觸發(fā)采集模式，同時(shí)用PXI 計(jì)數(shù)器模塊設(shè)置為周期測(cè)量模式;

（4）開(kāi)始采集寬帶高速信號(hào)，將每次觸發(fā)后采集得到的波形在PXI 零槽控制器中進(jìn)行存儲(chǔ)。以脈沖調(diào)制信號(hào)為例，存儲(chǔ)得到即為存在脈沖的時(shí)間段，無(wú)脈沖的時(shí)間段沒(méi)有存儲(chǔ)，節(jié)約了采集內(nèi)存;

（5）在采集的同時(shí)進(jìn)行每次采集之間觸發(fā)信號(hào)的周期測(cè)量，該周期測(cè)量值為每?jī)纱尾杉g的時(shí)間間隔，將該測(cè)量結(jié)果發(fā)送PXI 零槽控制器;

（6）按照?qǐng)D2 所示， 在時(shí)間軸上，采用在按照測(cè)量得出的時(shí)間間隔填充存儲(chǔ)波形的方法，首先在時(shí)間軸上連接每次測(cè)量得到的時(shí)間間隔，在時(shí)間間隔的結(jié)束點(diǎn)作為每段波形的起始點(diǎn)依次填充每段存儲(chǔ)得到的波形，用于恢復(fù)時(shí)間軸上的低占空比信號(hào)波形。

根據(jù)上述測(cè)試步驟，本方法以PXI 模塊化設(shè)備為基礎(chǔ)，采用LABview 語(yǔ)言編制專(zhuān)用采集和測(cè)量算法來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)參數(shù)的存儲(chǔ)和測(cè)量，由PXI 總線將PXI 中頻數(shù)字模塊采集的波形數(shù)據(jù)記錄至零槽控制器中，最后進(jìn)行波形恢復(fù)和測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)寬帶高速信號(hào)的分段存儲(chǔ)測(cè)量。

使用的觸發(fā)方式為利用同步信號(hào)觸發(fā)。在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，當(dāng)不存在同步信號(hào)時(shí)，則設(shè)置中頻數(shù)字化模塊的觸發(fā)方式為中頻觸發(fā)，并設(shè)置為觸發(fā)保持模式（即在觸發(fā)保持時(shí)間段內(nèi)不再進(jìn)行重復(fù)觸發(fā)）。觸發(fā)保持時(shí)間設(shè)置為大于低占空比信號(hào)存在波形的時(shí)間段長(zhǎng)度，但小于兩段波形之間的時(shí)間間隔長(zhǎng)度。

上述使用的PXI 零槽控制器為NI 公司PXIE-8840 型嵌入式PC 控制器，支持PXI 總線的高速對(duì)等數(shù)據(jù)傳輸。

上述使用的PXI 中頻數(shù)字化模塊為NI 公司PXIe-5624型中頻數(shù)字化儀，采樣速率高于PXI 下變頻模塊3 輸出的中頻信號(hào)載波頻率2 倍以上。上述使用的PXI 下變頻模塊為NI公司PXIe-5606 型下變頻器，其頻率范圍可達(dá)26.5GHz，分析帶寬為765MHz 可變，可滿足所有在該帶寬之下所有寬帶高速信號(hào)的變頻，使輸出的中頻信號(hào)滿足PXI 中頻數(shù)字化模塊2 要求。

上述使用的PXI 計(jì)數(shù)器模塊為JYTEK 公司PXIe-5211型計(jì)數(shù)器模塊，測(cè)量頻率可至50MHz，內(nèi)部時(shí)基準(zhǔn)確度為2ppm，高于同步觸發(fā)信號(hào)的周期測(cè)量要求。

3. 結(jié)束語(yǔ)

本方法利用計(jì)數(shù)器模塊測(cè)量觸發(fā)信號(hào)的模式得到各個(gè)存儲(chǔ)段之間的時(shí)間信息，利用計(jì)數(shù)器高準(zhǔn)確度的時(shí)基可以準(zhǔn)確的還原被采集信號(hào)。若實(shí)際測(cè)量過(guò)程中無(wú)法取得同步觸發(fā)信號(hào)，可利用檢波器對(duì)被測(cè)低占空比信號(hào)包絡(luò)檢波的方法取得同步信號(hào)，計(jì)數(shù)器模塊測(cè)量包絡(luò)的周期時(shí)間。利用同步觸發(fā)后分段存儲(chǔ)的方式進(jìn)行信號(hào)存儲(chǔ)測(cè)量，該方法可根據(jù)波形出現(xiàn)時(shí)間段的同步信號(hào)并控制采集時(shí)間長(zhǎng)度決定在采集時(shí)剔除不需要存儲(chǔ)的波形時(shí)間段，使得在同樣的采樣率條件下可以存儲(chǔ)更長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)，節(jié)約了采集內(nèi)存，大大提高了測(cè)量效率。

利用PXI 總線方式結(jié)構(gòu)輕便可擴(kuò)展的方式，利用PXI 下變頻模塊提高了測(cè)量的頻率范圍限制。利用PXI 數(shù)字化模塊可以靈活設(shè)置觸發(fā)方式，改變了以往利用示波器FastFrame存儲(chǔ)受限于示波器采樣速率的情況，提高了可以采集的高速信號(hào)載波頻率，并在PXI 結(jié)構(gòu)中直接包含零槽控制器，可在機(jī)箱中自由增加存儲(chǔ)流盤(pán)，保證了高速率、大容量的存儲(chǔ)波形信息，比以往示波器方式具備更高的數(shù)據(jù)傳輸速率以及可擴(kuò)展的硬盤(pán)容量。