PXI总线的遥测信号测试平台的设计

EEPROM中，按顺序存储接口卡最重要的配置信息。将板卡连接到PXI插槽后，在系统上电时，PCI9054首先检查到EEPROM，然后按照EEPROM中的值配置其内部寄存器。图3是PCI9054寄存器的配置信息。

　　PCI9054有3种工作模式：M、C、J。M模式适用于与Motorola的RISC处理器(MPC850和MPC860)无缝连接使用，所以在使用其他种类的处理器时，就要使用C或者J模式。在本项目中采用局部数据总线16位、地址数据不复用的方式，所以选择C工作模式。PCI9054的C模式又支持3种数据直接传输方式：直接主模式、直接从模式、DMA方式。因为系统主要利用PXI总线向计算机传送数据和读取计算机配置命令，且计算机是PXI总线上的主设备，所以PC19054采用直接从模式的方式。

　　3 功能电路的设计

　　3.1 信号源的设计

　　3.1.1 GNSS信号源的设计

　　测量综合控制器测试台中，GNSS信号源模拟GNSS接收机。信号源的准确性有利于测量综合控制器性能的测量。测量综合控制器GNSS模块在每帧的开始利用帧同步脉冲向GNSS接收机发出取数请求信号，GNSS接收机接到请求后，在8 ms内向遥测设备传送完1 000 bit(125 B，先传高位)的测量参数后，遥测设备必须在下一个取数信号到来之前将数据传输完。其接口电路如图4所示。

　　3.1.2 SAR信号源的设计

　　测量综合控制器测试台中SAR信号源模拟的是SAR压缩器，采用标准RS-422-A接口形式传输压缩后的图像数据(每字节8位的串行数据)。测量综合控制器每隔25 ms向测试系统发送取数请求信号，在取数请求由高变为低延迟一段时间后，测量综合控制器同时向测试台发送移位脉冲，测试台根据取数请求信号以及移位脉冲信号，向测量综合控制器发送相应的数据信息，其接口电路如图5所示。

　　3.2 PCM码设计

　　系统采用的是一种典型的96×64的含有主、副帧结构的PCM码流。测量综合控制器发出的PCM码数据信号是由CAN总线发送的数据，对64路模拟信号实时采集的数据，由GNSS与星SAR信号组成。系统中的PCM码流采用的是运算放大器输方式(±2.5 V方式)[4-5]。

　　3.2.1 PCM解码

　　如图6所示，系统首先通过AD8138将PCM数据转换成幅值为0~5 V的电平(AD8138还有反相的功能)。为了将差分信号转换为FPGA能够处理的TTL电平，并且保证信号被有效隔离和再次反相，采用光电耦合器来接收差分信号。DC-DC实现了电源隔离，这样系统能够有效地实现与测量综合控制器的隔离，从而消除传输干扰带来的误差。

　　虽然对信号进行了隔离，PCM输入信号仍不可避免地存在各种干扰，这将影响码同步脉冲和PCM数据的提取，因此，在FPGA内PCM信号的输入端接入1个滤波模块。模块使用的是高精度时钟，频率是PCM码率的20倍(39.321 6 MHz)。PCM码(PCM-IN)在产生跳变后必须保持至少5个clk，才能被滤波模块输出(PCM-OUT)，否则被认为是干扰信号，将被滤除。

　　因为±2.5 V方式只包含数据流，因此实时同步时钟的产生是解码的关键，也是串行传输要解决的主要问题。PCM同步传输是以固定的节拍发送数据信号的，而且信号以恒定的速率(系统采用的是1.966 08 MHz)传送数据，因此在数据流中各码元之间的相对位置是固定的。FPGA为了从转换后的TTL电平串行 数据中正确区分出信号码元，必须先建立起准确的时钟信号，即同步时钟。从而使得发送方和接收方同步工作，即位同步。本设计中码同步信号通过对clk的20分频和对滤波后的PCM码的提取得到。在副帧同步的逻辑设计中，采用了容错设计方法，即每1个副帧都判断副帧或帧同步标志。具体方法是：先找到1个EB 90或14 6F，然后每隔96个字节再判断1次移位的数据是不是EB 90或14 6F，若不是，则重新查找；若是，则认为它们是副帧或帧同步标志，每1个副帧都进行判断。这样查找的好处是：即使第1次误判，也不会影响后续的判断正确性；即使PCM码发送中断后再重发，或由于干扰发送错误，也不会影响后续的正确解调。这种循环判断副帧或帧同步标志的方法，增强了PCM码解调过程的容错、纠错能力。PCM解码程序框图如图7所示。

　　3.2.2 PCM编码

　　如图8所示为PCM编码电路，REF03通过调理电路输出2.5 V和-2.5 V电压。MAX4649是一个单刀双掷开关，FPGA控制PCMCLK信号来决定输出的PCM码流。

　　本设计实现了信号源和PCM无丢帧编码、解码的设计，并通过PXI总线与上位机进行通信。此方案已经成功应用于某型号飞行器的地面测试台中，经过测试和调试，系统工作稳定，无丢帧现象，达到了设计要求。