基于PXI總線結構的寬帶高速信號的存儲

鄭冰

【關鍵詞】分段存儲 PXI 測量

1. 前言

寬帶高速信號要求測試設備同時具備高采樣率和超強的數據捕獲能力，這對測試設備性能提出了極高的要求。所有測試設備的存儲長度都是有限的，要對這些信號進行測試不得不在分辨率和捕獲長度之間做出取舍。

在測試設備中，采樣率× 采集時間= 采集內存。采樣率越高， 則數據采集的時間越小。另一方面，若要加長采集時間窗口， 則需要以降低采樣率為代價。

對于一些低占空比的信號， 高性能示波器采用FastFrame 技術，改善了存儲使用效率和數據采集質量，消除了采集時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，針對高頻率信號則無法進行測量，即使在頻率范圍內仍需占用大量內存，使得采集測量效率降低。

2. 存儲方法

針對上述現有技術的不足，本文提供了一種基于PXI 總線結構的低占空比寬帶高速信號的存儲測量方法，使寬帶高速信號能夠快速進行存儲和測量。

需要使用PXI 零槽控制器、PXI 中頻數字化模塊、PXI 下變頻模塊和PXI 計數器模塊。該方法采用PXI 結構的測試系統，利用同步觸發信號，進行寬帶高速信號的存儲測量，其解決問題所采用的技術方案包括以下步驟：

（1）按照圖1 連接設備，連接PXI 零槽控制器、PXI 中頻數字化模塊、PXI 下變頻模塊和PXI 計數器模塊，將寬帶高速信號連接至PXI 下變頻模塊的射頻輸入端口，將同步觸發信號通過功分器分別連接至PXI 中頻數字模塊的觸發輸入端口和PXI 計數器模塊輸入端口。以脈沖調制信號為例，若不存在同步觸發信號，利用檢波器對脈沖調制信號包絡檢波的方法取得調制脈沖，以該脈沖信號作為同步觸發信號;

（2）設置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 中頻數字化模塊的所需輸入頻率值;

（3）將PXI 中頻數字化模塊設置為觸發采集模式，同時用PXI 計數器模塊設置為周期測量模式;

（4）開始采集寬帶高速信號，將每次觸發后采集得到的波形在PXI 零槽控制器中進行存儲。以脈沖調制信號為例，存儲得到即為存在脈沖的時間段，無脈沖的時間段沒有存儲，節約了采集內存;

（5）在采集的同時進行每次采集之間觸發信號的周期測量，該周期測量值為每兩次采集之間的時間間隔，將該測量結果發送PXI 零槽控制器;

（6）按照圖2 所示， 在時間軸上，采用在按照測量得出的時間間隔填充存儲波形的方法，首先在時間軸上連接每次測量得到的時間間隔，在時間間隔的結束點作為每段波形的起始點依次填充每段存儲得到的波形，用于恢復時間軸上的低占空比信號波形。

根據上述測試步驟，本方法以PXI 模塊化設備為基礎，采用LABview 語言編制專用采集和測量算法來實現信號參數的存儲和測量，由PXI 總線將PXI 中頻數字模塊采集的波形數據記錄至零槽控制器中，最后進行波形恢復和測量，可以實現寬帶高速信號的分段存儲測量。

使用的觸發方式為利用同步信號觸發。在實際測試過程中，當不存在同步信號時，則設置中頻數字化模塊的觸發方式為中頻觸發，并設置為觸發保持模式（即在觸發保持時間段內不再進行重復觸發）。觸發保持時間設置為大于低占空比信號存在波形的時間段長度，但小于兩段波形之間的時間間隔長度。

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 總線的高速對等數據傳輸。

上述使用的PXI 中頻數字化模塊為NI 公司PXIe-5624型中頻數字化儀，采樣速率高于PXI 下變頻模塊3 輸出的中頻信號載波頻率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的變頻，使輸出的中頻信號滿足PXI 中頻數字化模塊2 要求。

上述使用的PXI 計數器模塊為JYTEK 公司PXIe-5211型計數器模塊，測量頻率可至50MHz，內部時基準確度為2ppm，高于同步觸發信號的周期測量要求。

3. 結束語

本方法利用計數器模塊測量觸發信號的模式得到各個存儲段之間的時間信息，利用計數器高準確度的時基可以準確的還原被采集信號。若實際測量過程中無法取得同步觸發信號，可利用檢波器對被測低占空比信號包絡檢波的方法取得同步信號，計數器模塊測量包絡的周期時間。利用同步觸發后分段存儲的方式進行信號存儲測量，該方法可根據波形出現時間段的同步信號并控制采集時間長度決定在采集時剔除不需要存儲的波形時間段，使得在同樣的采樣率條件下可以存儲更長時間的信號，節約了采集內存，大大提高了測量效率。

利用PXI 總線方式結構輕便可擴展的方式，利用PXI 下變頻模塊提高了測量的頻率范圍限制。利用PXI 數字化模塊可以靈活設置觸發方式，改變了以往利用示波器FastFrame存儲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載波頻率，并在PXI 結構中直接包含零槽控制器，可在機箱中自由增加存儲流盤，保證了高速率、大容量的存儲波形信息，比以往示波器方式具備更高的數據傳輸速率以及可擴展的硬盤容量。