T/R組件測試系統的波控技術研究與實現

俞利國 張強 蔣鵬

摘 ?要：為了實現T/R組件測試系統波束控制的通用性，提出了一種基于PCIe總線的可編程模塊化的波控技術。該技術應用到測試系統里可對不同類型的T/R組件進行靈活控制，模擬相控陣波束掃描方式進行性能測試，可有效地提高T/R組件的測試效率和覆蓋率。

關鍵詞：PCIe;波控技術;T/R組件測試系統;覆蓋率

中圖分類號：TN958.92 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）16-0046-03

Abstract：In order to realize the universality of beam steering for test system of T/R module，a programmable modular beam steering technology based on PCIe bus is proposed in this paper. The application of this technology in the test system can flexibly control different types of T/R ?module and simulate the phased array beam scanning mode for performance testing，which can effectively improve the test efficiency and coverage of T/R module.

Keyword：PCIe;beam steering technology;T/R component testing system;coverage

0 ?引 ?言

T/R組件是有源相控陣雷達的核心部件，在批量生產時，數量大、測試指標多、控制信號繁瑣、種類多成為不可回避的問題，因此設計一套通用的T/R組件測試系統，實現對大批量不同類型T/R組件指標準確、快速、方便的測試，意義極其重大[1]。

本文針對傳統T/R組件測試系統外接專用波束控制盒可靠性不高、通用性不強、覆蓋率不夠等問題，提出了基于PCIe總線的交互式波控技術。

1 ?波控技術的研究

1.1 ?設計原理

T/R組件測試系統中波束控制單元的功能實現可簡單劃分為波控界面、傳輸協議、邏輯控制、接口類型等部分，相互之間的流程關系如圖1所示。

其中波控界面主要負責對T/R組件測試系統下發的控制指令及監測數據進行顯示，包含了T/R組件的收發時序控制、幅相控制及監測保護等功能數據窗口，人工交互良好;傳輸協議部分主要將軟件界面的指令按照一定的幀格式排序，考慮到傳輸速率及穩定性，通過相應的總線傳輸信號指令給邏輯控制部分進行相應的功能觸發;邏輯控制部分主要用于識別傳輸的指令要求觸發相應的T/R組件工作所需邏輯功能;接口類型部分主要針對不同T/R組件對接相匹配的信號，以及明確信號的傳輸方式。

1.2  波控界面設計

該波控界面是基于NI公司的虛擬儀器平臺開發的，是一種圖形化編程語言的開發環境，被視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件[2]，可以快速擴充相應測試功能類，是較為人性化的測試系統開發工具。根據測試系統通用性考慮，將波控界面劃分為常規控制和特殊控制兩部分。

常規控制可以實現對T/R組件通道收發待機控制、重頻調整、發射脈寬控制、收發移相衰減控制、波控速率選擇等，確保了組件通用化指標測試。特殊控制可以實現T/R組件定制化時序、模擬用戶的重頻掃碼、濾波器控制，以及包含了溫度、電流值顯示，功率、電源故障指示等，確保了其他功能性測試。

該波控界面設計既考慮到T/R組件的測試通用性，也涉及到了定制化功能的測試覆蓋性，集合在測試系統里可以大大提高不同類型組件的測試效率。

1.3 ?傳輸協議設計

波束控制單元制定的軟件界面與邏輯控制模塊傳輸協議接口選用了PCIe總線，屬于一種基于數據包的串行連接總線，為第三代I/O總線，支持雙向傳輸模式和數據分通道傳輸，支持X1、X4、X8、X16等模式。能夠通過差分鏈路來提供高性能、高速、點到點的串行雙工數據傳輸，可以對單板上的分層總線結構提供最理想的支持，已經被廣泛應用于工控機與各種外設組件之間的互連領域[3]。

此次設計采用了X1模式，其單向傳輸帶寬可以達到250MByte/s，完全能滿足協議傳輸速率要求。為了降低設計難度，加快開發速度，采用了MosChip等公司設計的專用接口芯片，可以實現PCIe主控模塊和目標模塊接口功能，將復雜的PCIe總線轉換為相對簡單的本地總線。

傳輸的協議內容包含了相應的功能類指令下發或監測數據回傳，其幀格式如表1所示。

該傳輸協議采用PCIe總線接口，可以方便移植到各類工控機內，其自定義的幀格式實現了各類T/R組件功能類指令擴充。

1.4 ?邏輯控制模塊設計

邏輯控制模塊主要用于接收PCIe總線轉換的本地自定義總線協議內容，分別控制相應尋址后的功能單元，包含了波束控制、監測保護、狀態回傳、收發定時等單元。按照波控界面的控制要求對TR組件或子陣進行實時控制，配合測試系統完成性能測試。

由于該模塊涉及自定義本地總線和邏輯功能部分設計，因此無法采用專用分立器件進行搭建。而可編程邏輯器件FPGA具有可擴展性、穩定性好、高集成度等特點成為該模塊設計的首選[4]。

控制模塊劃分了兩總線三單元設計。其中，兩總線包含了幀地址/數據的本地總線，主要接收協議中的功能類，按照地址和數據分發給功能尋址模塊和功能實現模塊。而并行雙向總線主要是與功能實現模塊互聯傳輸相應功能信號;三單元包含了功能尋址模塊、功能實現模塊、信號傳輸模塊，其中功能尋址模塊主要對地址進行識別分類提供觸發信號到功能實現模塊。而功能實現模塊內部劃分成了波束控制單元、監測保護單元、狀態回傳單元、收發定時單元以及待擴充單元，受到功能尋址模塊輸出的觸發信號選擇相應單元輸出。最后經過信號傳輸模塊，根據地址選擇單元內對應的組件控制信號傳輸。

該邏輯控制模塊設計從組件通用性測試方面進行了考慮，固化了各類組件的波束控制方式，可以通過可視化界面對相應類型的組件進行選擇性控制。

1.5 ?接口類型設計

接口類型主要考慮能夠與T/R組件邏輯接口實現匹配互連，涵蓋了大多數邏輯接口電平。其中接口芯片的供電舍棄了外接電源，而是采用PCIe總線自帶電源接口，其3.3V供電能力達到了3A，12V供電能力為0.5A，3.3V AUX供電能力為0.4A[5]，可以滿足波束控制單元的正常工作所需。在接口互聯方面，采用了通用的工業DB接頭將所需信號進行轉接，確保了測試的通用性。

該部分設計采用了通用型和擴展型接口，其中插座采用了針孔防插錯設計。且從接口信號的傳輸方式、距離、傳速率等方面考慮，涵蓋了CMOS、TTL、LVDS、RS422/RS485、RS232等信號。信號種類比較全面，可滿足目前大多數T/R組件的波束控制接口要求。

2 ?波控技術的實現

根據波束控制單元的設計原理，基于以下幾個特點進行實物設計：

（1）通用性，各類T/R組件波控方式進行模塊化封裝，通過波控界面實現功能切換;

（2）可靠性，供電來源于PCIe總線，摒棄外部供電方

式，既美觀又可靠;

（3）可移植性，波束控制單元可裝配到各類含有PCIe總線的工控機、計算機等測試平臺;

（4）接口全面，涵蓋大多數T/R組件的控制接口電平，根據實際需求進行擴展。

考慮安裝空間的大小以及PCIe總線高速傳輸匹配的要求，對波束控制單元硬件部分進行元器件合理布局。為了實現便捷性安裝測試，最終以板卡的形式進行設計，具體實物如圖2所示。

采用通用化的波控卡與自定義波束控制界面共同構建了波束控制單元，配合T/R組件測試系統可實現多通道組件或子陣的性能測試。

3 ?結 ?論

本文介紹了T/R組件測試系統的波控技術研究與實現，將設計原理進行分解后，對各組成部分做了相應的設計分析。以測試的通用性、可靠性、可移植、接口全為設計目標，最終制作了相應波束控制單元實物。

該波束控制單元已廣泛應用于本單位的T/R組件測試系統中。根據性能測試劃分為了常規測試和特殊功能篩選測試，既提升了不同類型組件的測試效率，又模擬了用戶相控陣波束掃描方式，加大了測試覆蓋率。

參考文獻：

[1] 呂春明.收發組件測試技術研究 [J].雷達科學與技術，2012，10（3）：324-327.

[2] 金肖依，張勇，魯爭艷.一種基于LabVIEW的自動測試系統設計 [J].集成電路通訊，2016，34（4）：15-17.

[3] 張鵬泉，褚孝鵬，曹曉冬，等.基于FPGA的PCIE總線DMA傳輸的實現 [J].電子測試，2016（21）：4-6.

[4] 高東博.一種新型相控陣體制的波控單元設計 [J].無線電工程，2016，46（5）：49-52+84.

[5] BUDRUK R，ANDRESON D，SHANLEY T.PCI Express系統體系結構標準教材 [M].北京：電子工業出版社，2005.

作者簡介：俞利國（1987.05-），男，漢族，浙江寧波人，工程師，碩士，研究方向：數字相控陣收發前端設計。