基于PXI的射频通信实验室
一种基于PXI总线的射频开关模块设计
一种基于PXI总线的射频开关模块设计摘要：本文介绍了一种基于PXI总线的射频开关模块设计。
该模块使用了PXI总线的高速数据传输和同步时钟功能，实现了高速、可靠的射频信号切换，并具有灵活的控制接口。
在测试中，该模块成功实现了对不同频段的信号切换，并且开关切换速度达到了毫秒级别的响应速度。
关键词：PXI总线、射频开关、信号切换、控制接口、速度响应正文：一、研究背景射频开关模块是无线通信系统和射频测试中常用的设备，主要用于对射频信号进行切换。
传统的射频开关模块使用的是机械接点，具有切换速度较慢、寿命短、可靠性较差等缺点。
因此，基于电子开关的射频开关模块被广泛应用。
PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）总线是一种用于基础设施测试和测量领域的标准接口，具有高速数据传输、同步时钟、多种控制接口等特点。
借助PXI总线的优势，设计一种基于PXI总线的射频开关模块是非常可行的方案。
二、设计原理本文设计的基于PXI总线的射频开关模块主要由三个部分组成：开关矩阵、逻辑控制器和PXI总线接口。
其中，开关矩阵采用SPDT（Single Pole Double Throw）型开关，能够实现单路输入端口和两路输出端口的切换。
逻辑控制器使用FPGA实现，负责监控PXI总线的命令和时钟信号，并根据命令信号控制开关矩阵的切换。
PXI总线接口采用NI PXI-8106控制器，用于与主机进行数据通信和控制命令的交互。
三、实现过程在实现过程中，首先设计了开关矩阵的电路原理图，并进行了PCB布局。
然后，使用VHDL语言编写了逻辑控制器的程序，并将程序设计到Xilinx FPGA芯片中。
最后，编写了主机控制程序，利用NI LabVIEW开发环境控制PXI总线，在主机上实现了对射频开关模块的控制和数据采集。
四、试验结果将设计的射频开关模块与信号源和示波器进行连接，进行了多组实验测试，并记录了切换速度和切换精度的数据。
基于PXI总线的矢量信号发生系统设计
电子科技图1基带信号发生器模块实现原理框图式仪器又存在体积过大、不易升级的局限，因此急需研制 出_款微波频段的PXI 矢量信号产生设备来满足测试需求。
为了使设计的仪器能够模块化，并具有良好的升级和可扩 展性，我们基于PXI 仪器优良特性，考虑采用PXI 模块来进 行设计。
在论文的第1部分主要讨论系统的设计思路，第22.系统组成■ 2.1基带倌号发生器模块基带信号发生器模块用来产生系统所需要的多种基带 调制信号，实现原理框图如图1所示，根据上位机的控制图2本振信号产生模块实现原理框图基于PXI 总线的矢量信号发生系统设计作者/杨宜生，中国电子科技集团公司第四十一研究所文章摘要：随着数字通信和信息系统的快速发展，为了适应新数字调制信号的测试分析，设计了一款基于PXI 总线的矢量信号产生系统;该 系统采用多个功能模块组合的架构，实现了 250kHz -20GHz 矢量信号产生功能。
关键词：pxi 总线；基带信号；IQ 调制引言随着无线通信技术、数字信号处理技术快速发展，各类 通信设备在国民经济和国防装备中应用越来越广泛。
这些通 信设备的研发需要大量的相应测试设备，其中矢量信号产生 设备就是必不可少的。
目前针对 2G(GSM 和 CDMA )/3G (CDMA 2000、WCD -M A 和 TD - SCDMA )/4G (LTE 、WiMax )、蓝牙、Wl - FI等测试和空间频谱信号监测等测试应用需求，Nl 、Agilent 和Aeroflex 等公司推出了多种类型的PXI 矢量信号发生器， 但这些PXI 矢量信号发生器的频率上限最高最有6.6GHz , 无法满足更高频段的雷达信号、卫星导航信号的需求，而台部分讨论系统实现的主要组成模块，第3部分是试验结果 与分析，第4部分是结论。
1.系统设计矢量信号发生系统的主要功能是能够产生多种调制样 式的矢量调制信号以供测试使用。
该系统在基于模块化设计 思想的基础上，矢量信号发生系统主要由基带信号发生器模 块、本振信号产生模块、丨Q 调制模块和幅度控制模块等四 部分组成，共形成4个功能子模块；各功能子模块内嵌底层 驱动和信号处理程序，通过上位机（或零槽控制器）中安装 的应用软件，完成模块工作参数配置和状态监控。
携手PXI 推进工程创新——记PXI TAC 2011
讲 中 ，Ｎ Ｉ 术 ｉ Ｊ程 帅 徐 ， 技 场 ： 止回帧 ＿ ｒ Ｐ 的 发 腱 历程 ，并 介绍 ｌＰ Ｉ 最 新 ＸＩ ｒ Ｘ的
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京 中科泛华测 控 、凌 华科技 、上海 聚
星 仪 器 、北 京 航 天 测 控 、Ｐｃ ｅ ｉｇ ｉｋ ｒｎ 、 Ｖ Ｃ、Ｍ ＡＣ Ｐ ｎ ｌ ，这 些 知 名测 试 Ｐ ａｅ 等
ｌ９ｒ ｆｅ ｔ，简称ＮＩ ｉ ｔｕＨ ｎｓ ３ ）携 手８ 家
【 内外 知 名ＰＸ１ 应 商 ， 为观 众 丘 １ 供 打 造 ｒ ・ Ｐ 敲 新 技 术 与应 用 个 ＸＩ 的 交 流 展 示 盛 会 ，近 ６ ０￣ 程 ０｛ 师 和 技 术 人 员 到 场 参 加 。 作 为 ＰＸＩ 术的 发起 暂 ，ＮＩ 刮在 主 技 公 题 演 阱 中 为 大 家 介 绍 了ＩＸＩ 最 的 新 发 喂 及 未 来 趋 势 ，特 刖 是 主
NI基于软件无线电理念的通信实验教学平台介绍_Final
Digital Communications Lab Manual Authored by Dr. Robert Heath
16
通信系统原型科研平台——NI PXI
测试管理软件 LabVIEW 及射频与无线工具包
驱动
调制工具包 频谱测量工具包
PXI / PXI Express
多核处理
26.5GHz矢量信号 发生器/分析仪
4
NI中国公司
• • • • • • • 总部设在上海
浦东张江集电港
销售部门 市场部门 技术支持部门 研发部门(R&D) 中文网页 /china /china/academic 院校市场部email china.academic@
5
National Instruments的客户分布
NI基于软件无线电理念的 通信实验教学平台
田砾
NI高校技术市场工程师 射频通信方向 li.tian@
您将了解：
• NI公司简介
• 基于NI平台助力通信实验教学愿景
• NI USRP 软件无线电教学平台
• NI PXI 通信系统原型科研平台
2
NI 公司简介
3
National Instruments
(含在数字通信教学套件内)
(免费下载: /courseware)
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Standford教学案例
教学需求 • 与真实信号交互 • 使学生较早地接触到射频/通信 • 与科研接轨 教学方案 • 软件无线电平台 • 易上手 • 易维护 • 价格合理
“The course evaluations for our class was fantastic. Students rated the class 4.94/5.0, likely one of the highest ratings among all classes in the School of Engineering at Stanford.” Dr. Sachin Katti, ECE
基于可重配置的射频类PXI仪器母板的实现方法
0引言射频类PXI 仪器在门类众多的PXI 仪器中占很大比重。
射频类PXI 仪器多采用的结构形式是电源与控制电路母板占用一块PCB [1]，射频电路占用另外一块PCB，二者通过连接器上下对插连接；一种型号的模块对应一种电源与控制母板，随着射频类PXI 仪器型号的增多，母板PCB 种类也不断增多，而射频电路所需的电源种类和控制信号种类比较固定，数量有限，种类繁多的母板提供的电源和控制信号种类基本相同，所以射频类PXI 仪器母板的重复率其实很高，研发和制造成本较高。
完全可以将射频电路所需的电源种类和控制信号种类进行归纳，在一块母板上尽量涵盖所有这些电源和控制信号，做成比较通用的母板，可以配合使用多种射频电路的PCB，从而减少母板的种类，减少研发和制造成本，缩短研制时间。
1总体方案针对射频类PXI 仪器的母板种类繁多，设计重复率高、研发和制造成本高的缺点，本文提出一种通用射频类PXI 仪器的母板的设计方法，使用可编程逻辑器件(CPLD 或者FPGA)、直流电源、数据选择器、继电器和通用对插连接器等，组成母板的基本单元，如图1所示。
作者简介院薛沛祥(1986-)，男，工程师，硕士，主要研究方向为PXI 仪器、音频测试技术。
E-mail：xuepeixiang@。
基于可重配置的射频类PXI 仪器母板的实现方法Implementation Method of RF PXI Instrument Motherboard Based on Reconfigurable Technology薛沛祥(中电科仪器仪表有限公司,山东青岛266555)Xue Pei-xiang (China Electronics Technology Instruments Co.,Ltd,Shandong Qingdao 266555)摘要：市面上存在的PXI 仪器母板，多是数据采集类PXI 仪器的母板，提供的电源单一；偶有一两款射频类PXI 仪器的母板，提供电源种类较少，数据控制引脚数量不多，而且供电和信号连接器的引脚网络定义固定，不可更改。
基于NIPXI技术的无线电接收机技术简介概要
基于NI PXI技术的无线电接收机技术简介NI射频信号分析仪PXI 5660并非传统的频谱分析仪，而是一个高性能的软件无线电平台,基于NI PXI技术的无线射频接收监测系统具有更好的可扩展性和灵活性概述无线射频接收机是一个监测系统，它负责从天线上接收射频能量，然后把信号频率降到数字化仪可接收的范围内进行采集，随后就可以对信号进行诸如扫频、频谱分析、功率计算、调制和解调参数分析的操作。
一个无线监测接收系统的主要指标应该包括：动态范围、灵敏度、本底噪声、解调模式等。
本文将详细介绍NI RF产品的功能及特点。
NI射频架构综述NI的射频架构基于虚拟仪器技术的概念，它包括：高性能的模块化硬件（射频信号分析仪PXI 5660、射频信号发生器PXI 5670）以及高灵活性的软件架构（LabVIEW、频谱分析工具包、信号调制解调工具包）（见图1）。
由于PXI平台是基于PC技术的，用户完全可以利用PC技术的高速发展，例如高速的CPU、大容量的内存、高分辨率的显示器等。
除此之外，PXI平台还增加了专为测试测量应用定制的定时和触发总线，并具备坚固性、低功耗、电磁兼容性等特性。
PC技术允许用户使用通用的操作系统和灵活的软件架构。
用户可以使用LabVIEW图形化编程环境和调制解调工具等附加工具包来开发不同的应用程序。
图1 NI的射频架构PXI 5660的架构PXI 5660 是一个基于PXI技术标准的射频信号分析仪。
它具有模块化仪器的架构，其中包括一个宽带射频的下变频器、一个高纯度的中频数字化仪和进行频谱测量和调制解调的软件工具包。
采集一个射频信号包括两个步骤：下变频和数字化。
下变频模块PXI 5600拥有20MHz的实时带宽，可以把信号频率下变频到以15MHz为中心频率、范围在5～25MHz之间。
数字化仪模块PXI 5620拥有一个高速的ADC和板上的硬件处理能力。
它由一个14位的64 MSPS的ADC和一个数字下变频集成电路组成。
射频通讯实验室
射频通讯实验室规划方案2008年10月射频通讯实验室建设方案一、建设思想引入RF-2000这套射频通讯训练系统的意义，就在于让学生在学习完高等数学、电磁场后能进一步延伸到射频领域，让学生不仅学到理论知识，而且还能有实际动手操作的机会，去培养并累积射频电路的经验，RF2000有12个课程单元介绍基础理论及设计方法；15个实验模块让学生了解各个电路模块的特性，RF2000最大的用途是在让学生了解完这些验证性的测量后，在老师的协助下，发挥创意、设计模块、组成系统（A V-RF），来达到训练动手能力的目的。
因此，RF2000非常适合学生做课程设计和毕业设计。
茂迪会全力支持******大学射频实验室的建设，在实验设备、教学教案、课程单元参考、学生实验动手等多方面与校方积极合作，共同为中国高校实验教育贡献力量！二、建设理由1、工作任务对该仪器设备需要的必要性、紧迫性。
******大学是教育部直属的国家“211工程”重点大学。
学校致力*********************高层次人才培养和科学研究，是一所文、工、艺、管、理、经、法、教多学科协调发展，以******为特色的综合性大学。
学校多层次、多规格、多样化、开放式的办学特色；多学科兼容，相互交叉渗透充分体现综合优势的学科特色；重视培养学生综合素质和职业道德，坚持理论与实践相结合、传授知识与培养能力相结合的育人特色。
2、社会、学校对该设备仪器需要的必要性、紧迫性。
射频现在在产业上应用广泛，射频人才需求旺盛，而懂理论又富有动手能力的射频毕业生在社会上更是供不应求。
射频实验课程的开设已经成为大势所趋，也是社会、产业对高校教育提出的要求。
引进RF2000射频训练系统可以极大的提高学校学生的素质尤其是丰富他们的实践经验，提高他们的动手能力。
从而达到当今社会对高校的最大要求――高就业率。
综合以上原因，建设射频实验室的实验设备规划方案如下：二，实验室设备规划如下：注: 采用美元操作,由于学校有免税指标,将可以避免增值税和关税;比直接用人民币操作将节省25%左右的费用;三、赠送软件：四、主机主要技术参数一、RF-2000射频电路通讯教学系统包括主机、RF-2000软件、教材、实验指导书及实验模块等五部分。
J750—PXI测试系统在射频芯片测试中的应用
J750—PXI测试系统在射频芯片测试中的应用作者：李新鹏张永林吴磊来源：《硅谷》2012年第17期摘要: 利用J750测试机台IG-XL开发环境,充分利用J750的数字信号给定和电压电流测量功能及PXI的射频信号收发功能,开发出一套适用于射频芯片量产化测试的系统。
该系统具有价格低廉,测试精度高,稳定性好,测试速度快的特点。
关键词: 芯片测试;J750;PXI中图分类号:TN 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2012)0910026-020 引言随着射频集成电路越来越强烈的市场竞争,势必要求对芯片的设计、开发、生产、测试等各个阶段降低成本,以达到应对激烈市场竞争的目的。
对于某一种测试芯片来讲,由于生产厂家的要求不同,对该种芯片并不一定要求做如此全面的电参数测试。
因而用较复杂昂贵的机台做某几个参数的测试,成了半导体测试领域常见到的现象。
显然这是浪费资源,不能节约成本的不好做法。
基于这些考虑,本文着重论述了针对射频放大芯片的低成本,高效率,高可靠性的射频解决方案。
1 被测芯片简介RF7168是RFMD公司生产的双频段(dual band)传输模块,可支持GSM900和DCS1800两种模式。
具有RFMD公司最新的功率抑制模块,可以显著减少负载匹配中发生的电流和功率波动现象。
产品还加入和防静电滤波器,可以有效防止周围静电对芯片天线端口的危害。
2 射频开关的性能及对测试系统的要求射频开关芯片主要用在有射频通路的场合,即在射频通路中有开通关断射频信号的需要,及在通路中有把信号从一个通路接到另外一个或几个通路的场合。
该种芯片的应用极为广泛,在大多数射频电路板及电子产品中有广泛应用。
根据芯片生产厂家要求,该芯片的典型测试参数如下:1)无功率电流(Idle Current):即无功电流,表征芯片在不工作状态下的消耗电流。
2)最大输出功率(Max Pout),表征芯片在正常工作条件下的最大输出功率。
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Animation of the effect of raised cosine filter shape (a parameter) on a pseudorandom binary sequence (PRBS) waveform
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June 20, 2007
PXI-based RF Systems Lab
实验室软件
• 所有实验都可以重用代码的功能模块
• 代码功能模块： VI (virtual instrument)
•
所有实验都基于一组核心模块
• • • • • • 频谱分析仪，带内功率测量（Spectrum analyzer with power in-band measurement） 信号和数据产生（Signal and data generation，包括基带和通带信号） 发生器/接收器滤波(Transmitter/receiver filtering,升余弦, 匹配滤波器) 误差和噪声分析(Error and noise analysis , 误码率, 眼图, 直方图) 时钟的获取和恢复(Clock recovery) 载波恢复(Carrier recovery, PLLs)
基于PXI的射频通信实验室
George Papen and Patrick Ling University of California at San Diego
China Professor Day June 20, 2007
射频通信实验室的教学通常很困难!
Carrier
• 系统复杂，有多个组成部分 • 射频测试的设备比较昂贵
June 20, 2007
PXI-based RF Systems Lab
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Lab 6 -载波相位恢复 - PLL
Damping term Natural frequency
Input I/Q data (complex)
•
Test behavior with real signals using second order Costas loop in LabView
Satellite carrier frequency drift over time
June 20, 2007 PXI-based RF Systems Lab 16
June 20, 2007
PXI-based RF Systems Lab
6
Lab 1 – 仪器的使用
• 使用基于软件的频谱分析 VI
Measured spectrum of commercial FM signal with digital (OFDM) sideband
June 20, 2007 PXI-based RF Systems Lab 7
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PXI-based RF Systems Lab
Demodulated outputss 7-9 – 相位调制
• • • 重用基带眼图和误码率(BER)测试的代码 包括 PLL: 监测真实的卫星航行标准信号 (QPSK) 未来: 解调完整的卫星电视信号 (3 MHz 信道带宽)
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• • •
适合于本科生的系统实验 通过LabVIEW编程，可以实现5种仪器的功能 高性价比
• 独立仪器的花费 (信号发生器,矢量频谱分析仪, 前置放大器, etc.) 是PXI 系统的3倍以上
Simulated correlated passband noise
•
Generate passband (I/Q) waveforms and noise using complex baseband waveforms- extension of Lab 2
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June 20, 2007
PXI-based RF Systems Lab
Lab 5 – 基带时钟恢复
• 采样时间的偏移带来时钟恢复的误差
June 20, 2007
PXI-based RF Systems Lab
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Lab 5 – 眼图 & 误码率测试 (基带)
• 使用LabVIEW内置的眼图和直方图工具
Measure eye-pattern
June 20, 2007
Lab 2 – 信号发生
• 使用LabVIEW中的Mathscript node进行信号发生
Simulate signals in Matlab - test in lab with LabVIEW
June 20, 2007 PXI-based RF Systems Lab 8
Lab 3 –通带信号与噪声
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QPSK constellation before PLL adjustment
说明
本文档由整理人员从网络、 相关书籍等来源整理得到的， 旨在为 相关专业人员、学生、爱好者相互交流学习提供一些资料，其中的不 完善之处或者错误在所难免， 不可尽信， 希望阅读人员能通过阅读发 现并自行纠正不正确之处。 版权归作者所有， 本文档不得私自用于商业用途。 其中可能产生 的问题与整理人员无关。
June 20, 2007 PXI-based RF Systems Lab
QPSK constellation after PLL adjustment
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总结
• 基于PXI的系统非常适合构建本科生的通信实验 • 高效的软件平台，从理论延伸到真实的系统 • 实验代码可以从下面的地址下载： :16080/winter07/ece157a/
Measured signal histograms
PXI-based RF Systems Lab 12
Lab 6 – 载波相位恢复 - PLL
• 通过 Matlab & LabVIEW对 二阶非线性 PLL进 行仿真 对频率和相位 的 “pull in”进行解释
•
Response from linear theory
June 20, 2007 PXI-based RF Systems Lab 2
UCSD 射频通信实验室的目标
• 理论和实验相结合(154 abc) : 理论/仿真/测试 • 从理论教学延伸到真实的系统
June 20, 2007 PXI-based RF Systems Lab 3
为什么使用PXI来搭建实验系统?
Lab 4 – 数据产生与滤波
• 对于发射信号进行升余弦滤波整形的仿真结果
Simulate effect of raised cosine waveforms on transmitted pulse shape
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June 20, 2007
PXI-based RF Systems Lab
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实验课程设置*
• • • • • • • Lab 1 频谱分析 (Spectral Analysis) Lab 2 通信信号 (Communication Signals) Lab 3 正交信号与通带噪声 (Quadrature signals and passband noise) Lab 4 信号发生与滤波 (Data Generation and filtering) Lab 5 数字基带链接 (Digital baseband link) Lab 6 锁相环 (PLLs) Lab 7-9 相位调制 (BPSK, QPSK, DPSK)
正在开发的实验 • 正交幅度调制 (QAM) • 正交频分复用 (OFDM)
* Labs collaborative with Chris Schmitz from University of Illinois at Urbana-Champaign
June 20, 2007 PXI-based RF Systems Lab 5