开放式FPGA增加测试灵活性

的中心频率和功率电平进行调整。在调整过程中可以遵循以下步骤：

●根据待测设备的估算增益，选择一个起始VSG功率电平。

●设置VSG功率电平。

●等待VSG稳定。

●等待DUT稳定。

●使用功率计进行测量。

●如果功率在量程内，则退出。否则计算新的VSG功率电平，并返回步骤2.

调整所需的时间取决于待测设备的类型、所需的精度以及所使用的仪器类型，通常为几百毫秒到几秒。调整完成后，使用VSA进行性能测量。

图4显示的是一个待测设备在调整过程中的输出，该设备采用传统方法来获得28dBm的平均输出功率。如果功率放大器的增益呈线性且匹配数据表中规定的标准增益，则VSG生成的第一个点会输出28dBm的功率。相反，放大器的输出只有26.5dBm，这说明功率放大器规定的标准增益并不准确。因此，需要对VSG输出功率进行调整，同时VSA捕获另一个点。此时的平均功率为27.6dBm，这表明了放大器处于增益压缩状态。总体上，该方法需要七个步骤以及大约150毫秒的时间才能使放大器的输出达到所需的级别。在这个例子中，每个步骤的待测设备稳定时间为10ms.但是，稳定时间根据每个待测设备而有所不同，这会大大影响整体的调整时间。

图4.调整功率放大器输出的传统方法显示了功率电平呈逐步增大状态。

VST（矢量信号收发仪）结合了VSG、VSA和FPGA.这一组合使您可将功率调整算法的运行转移到硬件上。在图5中，虽然没有功率计，但是您也可以运行一个系统校准步骤，在VSA上获得与功率计相同的精确度。

图5.矢量信号收发仪结合了信号发生器、信号分析仪和FPGA.

功率放大器的输出功率调整步骤类似于传统方法步骤，不同的是调整循环是在开放式FPGA内部运行。在FPGA内运行循环可大大降低每次调整所需的时间。与在主机上运行控制循环相比，通过使用开放式FPGA，并在FPGA上执行控制循环，调整待测设备输出功率所需的时间将大大缩短。对于本例中的DUT，功率调整只需大约5毫秒，而采用传统方法则需要150毫秒。请注意，基于硬件的方法比传统方法多一个步骤。但是，调整所需的总体时间却少得多。与图4相比，在图6中，前面几个步骤执行的速度非常快（缩短了平均时间），之后随着调整循环的收敛，点之间的间距不断增大。

图6.与传统方法相比，基于硬件的调整可使功率电平上升的时间大大缩短。

信号处理

用户可编程FPGA最典型的应用之一是减少仪器上必须发送回主机进行处理的数据量，从而将通信总线释放出来进行其他数据传输，同时降低了CPU的负荷。常见的方法包括对采集的数据集进行复杂触发、滤波、峰值检测或者执行FFT（快速傅立叶变换）。

例如，在图7所示的应用中，有四个待测设备需要并行进行测试。ADC（模拟数字转换器）将采样数据传送至FPGA，但当收到一个自定义触发才会开始采集数据。在采集数据时，FPGA会对测量结果进行实时平均，然后将计算结果序列化到记录中。接着，对记录的数据进行FFT，然后开始测量SFDR（无杂散动态范围）、SNR（信噪比）和SINAD（信噪失真比）。这些结果仅仅是来自ADC的输入信号的一小部分数据，通过DMA FIFO（直接内存存取，先入先出）机制传输至主机。

图7.开放式FPGA可让您采集数据、对信号取平均值以去噪、将并行数据转化为串行数据，并应用数学运算、FFT和滤波。

FFT作为DSP中的一个基本函数，FFT可用于许多测试应用。FPGA具有这个功能有助于测试频域触发、数据压缩、基于频率的闭环控制和图像处理等应用。图8显示了该示例如何使用LabVIEW FPGA实现FFT.

图8.代码显示了开放式FPGA上执行FFT的位置。

虽然本文提到的仅仅是FPGA几个令人激动的数字信号处理功能，但是FPGA上还具有许多其他功能可用于测试应用中。许多开放式FPGA均具有这种处理功能，图9显示的是NI硬件通过LabVIEW FPGA可实现的一些处理类型。

图9. FPGA上具有的数字信号处理功能包括数学运算、滤波、三角函数和视频处理。

随着开放式FPGA在整个测试测量行业的日益普及，具有固定功能的仪器将会逐步被淘汰。相反，仪器的功能将越来越多地由软件来定义，这类似于"应用程序"为移动设备行业带来的变革。测试应用程序将不再受限于测试厂商可以开发何种软件功能，而是受限于硬件和使用该仪器的工程师的想象力。