数字中频和FPGA调试

1.必要性分析

随着数字芯片处理能力的不断提高，当今的通信系统和雷达系统的结构已经转向具有模拟和强大数字处理功能的混合系统。系统中，数字信号处理部分完成的功能越来越多，广泛应用于发射信号建立和接收信号的解调处理等功能。高性能ADC/DAC器件和FPGA技术的进步也大大扩展了数字电路的功能和性能。

许多系统的先进功能都是通过数字信号处理技术来完成。例如：复杂的数字调制是依靠数字方法完成，然后由高性能DAC和IQ 调制器来实现。在电子系统接收机处理过程中，广泛采用了数字中频技术，由数字电路来完成增益放大、匹配滤波、解调处理、解码处理等功能。
 

图1   数字化发射机和接收机的典型组成

2.平台组成框图

对数字电路的测试，传统的测试手段主要是以码型发生器作为被测电路的激励，然后利用示波器和逻辑分析仪来进行信号分析，对数字信号的时序和逻辑关系进行测试。但这种方法很难直接对电路中数字信号的矢量参数进行分析，例如量化数字IQ信号的调制精度，相位误差等。 也不能直观地提供信号处理算法的效果定量参数，而这些参数对于精确判断数字电路的性能或故障定位是非常重要的。

基于先进仪表的技术发展，可以建立完整的数字中频和FPGA调试平台。在这个平台上，可以完成对数字中频电路和FPGA的独立测试和调试。测试中，系统能提供实时的数字矢量激励信号，数字信号的格式和电平与被测试数字电路相匹配。数字信号分析仪不仅能对数字信号的波形和逻辑关系进行测试。还可连接矢量分析软件完成对被测数字信号的幅度和相位参数进行分析。数字中频和FPGA测试平台和的仪表配置如下图所示。

图2  数字中频电路测试平台框图

图3   Agilent 16800逻辑分析仪动态探头技术

3.平台实现功能及性能参数

测试平台主要针对电子系统中数字信号处理电路和中频电路部分的测试需求。通过提供完整的测试激励信号，包含简单的码型激励和复杂矢量调制信号，分析仪表对数字电路的响应进行全面分析，利用分析的结果来评估数字电路的性能。测试技术的突破是现在先进测试仪表能够提供数字形式的复杂调制信号。如：任意数字调制信号；无线通信信号；雷达信号；用户计算的任意波信号等。这些信号可以以数字IQ形式或数字中频形式输出。另外逻辑分析仪除能完成数字信号的定时分析和状态分析外，还可作为多通道数字信号的采集电路，采集的数字信号数据可以利用仪表内置的矢量分析软件进行分析。矢量分析的目的是利用频域、时域和解调处理来得到信号完整的参数，特别是调制特性指标。通过对数字电路输入信号和输出信号分别进行矢量分析，还可得到数字信号处理电路的频率响应。

数字电路测试平台的主要核心为N5102A数字接口卡和16800系列逻辑分析仪。由N5102A负责输出数字激励信号，然后利用逻辑分析仪对输出信号进行分析。

基于数字电路测试仪表，可以对数字电路、模数混合电路及DSP处理算法进行独立测试。这样一方面可以消除模拟电路对测试结果的影响，另外可以定量地对数字电路的性能进行验证和评估。数字电路是整个电子系统中灵活性最大，发展最快的部分，利用测试平台的仪表对数字电路进行分析，使得大系统研发过程中，可以针对关键的数字信号处理技术上进行重点研究和突破。关键技术的掌握可以大大提高整个系统研发的效率。