LXI總線數字化儀模塊設計

　　引言

　　LXI是基于以太網技術等工業標準，由中小型總線模塊組成的新型儀器平臺。它由安捷倫公司和VXI科技公司于2004年9月共同合作成立的LXI聯盟提出的，利用現有Ethernet標準、Internet工具、LAN協議、IEC物理尺寸和IVI驅動程序的各方優點，使測試系統的互連平臺轉向更高速的PC標準的I/O，是構成新一代合成儀器平臺的標準。

　　LXI總線數字化儀模塊能夠對兩種標準頻率的中頻信號進行數據采集和數字中頻處理與分析，并且給出幅頻特性分析結果、也可以直接輸出數字中頻I/Q數據，提供給其他分析設備進行用戶需要的特定分析。

　　總體實現方案

　　LXI總線數字化儀模塊主要包括中頻信號處理通路、高速ADC、基于FPGA與DSP的數字中頻信號處理、數據存儲單元以及嵌入式微處理器等部分，具體實現方案如圖1所示。中頻信號處理通路部分主要完成模擬中頻信號預采樣處理、程控增益控制、抗混疊濾波等，處理后的中頻信號經過高速ADC采樣，采樣得到的數字中頻信號首先送到FPGA進行數字下變頻、數字濾波等處理后得到IQ兩路數據，再存儲在存儲器中，然后由DSP進行本地數據運算，以得到要分析信號相應的特性信息。IQ數據也可以直接送到模塊前面板，即IQ數據輸出。嵌入式微處理器是整個模塊的控制核心，完成系統間的通訊、圖形控制，同時提供豐富的接口。

　　關鍵電路實現

　　中頻信號處理通路設計

　　由于中頻數字化儀模塊能夠對兩種頻率的中頻信號進行采樣與信號處理，因此整個中頻信號通道覆蓋兩種中頻帶寬。中頻信號處理通路主要完成中頻信號濾波、信號放大、抗混疊濾波以及對數檢波和預采樣等。中頻信號在進入模塊通道后，首先進行低通濾波，濾除中頻信號中的高頻分量，濾波后需要對信號進行放大控制，以滿足ADC的采樣要求。信號進入ADC之前要進行抗混疊濾波處理，在抗混疊濾波電路部分信號通道分成兩路，進行第一種中頻信號分析時，通過控制開關選擇第一中頻濾波通道;進行第二種中頻信號分析時，選擇第二中頻濾波通道。信號通道前端的對數檢波及預采樣電路輔助程控增益放大器實現模塊整個通道0dB～30dB的自動增益功能。同時為提高模塊的動態范圍，在中頻信號進入高速ADC之前設計有噪聲疊加電路。具體實現原理如圖2所示。

　　ADC電路設計

　　數字化儀模塊ADC采用14位、130Msps模數轉換器(ADC)，為減小信號干擾，采用模擬差分輸入方式。轉換器的數字輸出為低功耗LVDS、二元補碼數據格式，以方便后續數據處理。