遙測艙信號源的設計與實現

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，以此模擬實際測量的信號。因此，一個性能良好的信號源的設計對遙測艙有著至關重要的作用。在此，給出一種基于FPGA的遙測艙信號源的設計方案及其實現方法。實踐證明，該設計與實現方法具有獨特的創意，這種信號源不僅性能穩定，而且具有較好的靈活性，滿足使用要求。
關鍵詞：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，遙測艙產品使用前必須通過檢測和調試。遙測艙信號源是根據測試要求向待測產品實時地發送各種激勵，以此來模擬導彈遙測艙實際測量到的信號，遙測艙產品會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，通過地面接收系統軟件的分析，就可以判斷遙測艙產品有無故障。由此可見，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現展開論述。

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。
目前市場上的信號發生器一般都用來產生較為簡單的信號，不能夠滿足本系統的需求。因此，將針對本系統的特殊要求設計一個可編程的信號源。

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。控制邏輯由FPGA可編程芯片來實現。FPGA通過內部邏輯，主要實現三個功能：產生模擬信號所需的頻率基準信號；產生并行數據和圖像數據的伴隨信號，產生并行數據和串行RS 422數據和串行圖像數據。模擬信號由功率放大電路進行幅值調節。數字信號經過接口芯片進行電平轉換。
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、運算放大器和總線驅動器等組成。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是目前市場上性價比最優且價格最低的FPGA。容量為5 980個邏輯單元，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，可通過VHDL語言編程來自由支配、定義其接口功能，方便PCB版圖設計時的布局布線，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行的，這樣既很好地解決了信號通路多的問題，又能實時、快速地傳輸處理高速數據流。同時，借助EDA工具軟件Quartus直接進行代碼編寫、功能仿真和時序仿真，簡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。