便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備項目方案1.05

1、成都博銳思科技公司 便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備項目方案討論便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備項目方案討論初樣便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備 存在的問題回顧和總結(jié)； 目前已調(diào)試出來的指標和客戶要求指標的對比； 需要定義各個功能模塊的位置，尺寸，模塊之間的通信接口等； 背板總線結(jié)構(gòu)； 電源需求； 各個模塊的測試和校準需求，整機校準和指標測試需求，是否需要測試系統(tǒng)（ATE）支持； 軟件需求，包括外部接口和便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備通信時的需求，以及模擬部分對軟件的需求。 合理的時間節(jié)點計劃制定，軟硬件配合時間點。便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備項目方案1.0前言便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備是基于SPI總線背板的、3U的模塊化接收機，頻段針對超短波（即20

2、MHz至3000MHz），便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備是為成都博銳思公司開發(fā)。便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備項目是BRS按照XXXX小型化監(jiān)測測向系統(tǒng)要求研制的超短波接收機，該接收機由以下部分組成：數(shù)字部分中頻板：單槽寬，采用BRS6630方案，即BRS6630 2.0控制板：單槽寬，采用FCI板時統(tǒng)板：基于XXXX600項目的時統(tǒng)板改造，統(tǒng)一按自定義子板設(shè)計，自定義接口參考BRS6409，自定義結(jié)構(gòu)待定，可用于3U和6U的載板及其機箱和便攜式項目的中頻板，載板除了支持PCI接口外，還支持SPI串口（不需要同時支持），用于便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備時，載板需內(nèi)置GPS模塊（XXXX提供），是否支持北斗時間信號輸入，G

3、PS天線干擾問題待定。背 板：采用SPI總線背板，電源供電通過背板進行，連接器采用CPCI背板的連接器，結(jié)構(gòu)參考CPCI背板計算機板：用于顯示和鍵控，中頻板通過網(wǎng)口或SPI口與計算機板通信，計算機板要求提供2個網(wǎng)口，均通過背板J2提供。便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備項目的計算機模塊是可裝或不裝的 安裝計算機模塊時 計算機可以通過網(wǎng)口或SPI口與中頻處理板通信 為此需要把CPCI（J1）口轉(zhuǎn)為SPI（中頻處理板為從板） 方案采用FPGA實現(xiàn) 該接口轉(zhuǎn)接電路安裝在背板上 這部分電路原理設(shè)計由XXXX負責。射頻部分本振模塊：雙槽寬，提供1、2、3本振頻率，內(nèi)置功分器（1、2、3本振各功分3路），提供SPI控制

4、接口和外部參考頻率源輸入口。射頻模塊：雙槽寬，提供信號預選、下混頻、中頻濾波（最大20M，最小30K）、AGC和MGC可選，SPI控制接口信號源模塊：雙槽寬，提供校準信號源和調(diào)制信號源、輸出開關(guān)，采用現(xiàn)有的在研信號源模塊，SPI控制接口其它部分監(jiān)測測向軟件：在計算機上運行的應用軟件，XXXX負責測試軟件：在計算機上運行的測試軟件，XXXX負責電源模塊：提供接收機內(nèi)部各部件電源，如射頻模塊、中頻板卡、電子開關(guān)及測向天線等，外協(xié)給周工負責機箱和其它結(jié)構(gòu)：XXXX負責（含環(huán)境適應性和連接器等），參考另文便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備項目結(jié)構(gòu)。總體方案l 背板設(shè)計l 可測試性設(shè)計：調(diào)試時TPS（關(guān)鍵點信號波形或

5、JTAG測試口）和使用時自檢（板級故障測試、板內(nèi)功能單元的故障測試）l 接地系統(tǒng)設(shè)計l （理論上和工程上）干擾信號的統(tǒng)計和處理l 環(huán)境適應性：低功耗、振動和沖擊（特別是對晶振、鎖相環(huán)等電路和連接器）、高低溫、電磁兼容性、安全規(guī)范要求組成原理模塊安裝參考結(jié)構(gòu)圖可選電子硬盤顯示器控制按鍵LAN口1計算機板PCISPIFPGALAN口2時統(tǒng)子板子背板信號源控制板控制板SPI預留中頻板SPI信號源板自定義接口SPISPI本控板IFSPI23混頻板本振板項目和整機的代號：YT200板卡代號中頻板：6631本振模塊本控板：LOC本振板：LO混頻模塊預選1混頻：1MIXER23混頻（含AGC）：23MIXE

6、R控制板：FCIIFSPIIFSPI預選1混頻預選1混頻預選1混頻板射頻部分直流電源數(shù)字部分直流電源23混頻板23混頻板板級設(shè)計要求本項目從整機到各個組成模塊（板）均需要進行ICD文件設(shè)計，并通過評審后進入正式的詳細設(shè)計。ICD文件（即接口控制文件）內(nèi)容包括：l 各個板子的功能和指標的詳細定義l 各個板子之間的接口詳細定義、電氣性能詳細定義l 各個板子的控制詳細要求l 各個板子的驅(qū)動軟件詳細要求和流程圖l 各個板上的測試口或測試點的詳細定義l 各個板子的結(jié)構(gòu)詳細定義和連接器選型所有器件和連接器等均應采用工業(yè)級器件。中頻板1路或4路中頻信號采集和數(shù)字信號處理IF：21.4MHzBW：20MHzA

7、DC：14bit 100MHz數(shù)字信號處理頻率掃描掃描步長：600Hz（短波）/12.5KHz/25KHz/100KHz掃描速度：>3GHz/s（掃描步長25kHz）解調(diào)信號：AM、FM、SSB、CW調(diào)制識別：AM、FM、DSB、USB、LSB、CW、 BPSK、QPSK 、2FSK、4FSK、4PSK、8PSK、8FSK、16QAM濾波器帶寬：150/300 /600Hz/1.5 /3 /6 /9 /15 /30/50/90/120/150/ 300/625KHz/1.25/2.5 /5.0/10.0/20MHz接口：4個IF口、1個外時鐘、1個觸發(fā)I/O（來自于背板連接器）8路SPI

8、口結(jié)構(gòu)：3U單槽寬、CPCI板結(jié)構(gòu)工作溫度：-40+65l 控制射頻前端的信號線應考慮不要交錯、防止干擾、匹配處理、時序、信號完整性、驅(qū)動能力等因素，防止在快速工作時出線控制不穩(wěn)定問題。l 前端模擬輸入電路、DC/DC電源電路、晶振電路、FPGA和DSP電路等都需要考慮分別進行電磁屏蔽。l 為提高小信號動態(tài)范圍，ADC前端注入白噪聲信號。l 中頻板與計算機通信可以通過網(wǎng)口 和 SPI口這兩種方式實現(xiàn)通信。A、輸入信號描述輸入信號中頻：70M/21.4M，交流耦合，50輸入最大模擬帶寬：20MHz（射頻部分應提供20M,3M,300K,30K，矩形系數(shù)3dB：60dB<1:2.5，帶內(nèi)平坦

9、度最好優(yōu)于2dB，阻帶最大抑制：>80dBc，阻抗50歐，濾波器檔供中頻選擇）輸入信號功率：-60+10dBm輸入采樣時鐘：100MHz/正弦波/>+5dBm/50，相噪優(yōu)于-125dBc1K輸入信號/時鐘連接器：SMA輸入駐波: <1.5輸入假信號功率：<-75dBmB、輸出控制信號描述控制信號：8個SPI（每個SPI為：nCS，SCLK, SDI, SDO，均為3.3V-LVTTL電平）,數(shù)字中頻板對nCS，SCLK, SDO做驅(qū)動，要求各從設(shè)備對SDI做74LV245的驅(qū)動，各模塊的輸出信號必須鎖存；注：上圖的阻容值還未經(jīng)過精確計算，但拓撲結(jié)構(gòu)不變。上圖為J1的定

10、義。其中nINTA_IN是各從設(shè)備給中頻模塊的中斷線，各從模塊應該是OC門驅(qū)動，實現(xiàn)線與的功能；上圖為J2的定義。時統(tǒng)子板時統(tǒng)子板安裝于控制板上，對應的提供P1、P2連接器，其中P1定義如下：說明：對于時統(tǒng)板，SPI_nCS，SPI_SCK，SPI_SDI，SPI_nRST是輸入信號，SpiSdo是輸出信號；P2定義如下：說明：對于時統(tǒng)板SPI_O_nCS，SPI_O_SCLK，SPI_O_SDO，SPI_O_nRSET是輸出信號，SPI_I_SDI是輸入信號；背板便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備將提供A型不含計算機背板和B型含計算機背板背板組成如下圖所示：射頻部分數(shù)字部分網(wǎng)口連接：GPIO：數(shù)字部分電源

11、：射頻部分電源：點到點的SPI信號線：用于時統(tǒng)和同步的觸發(fā)信號線：CPU板和接口控制板通過PCI控制：a、選裝CPU板時，接口控制板內(nèi)置PCI轉(zhuǎn)SPI橋，實現(xiàn)CPU板控制其它板子，這時中頻板和 接口控制板的SPI接口主從控制需要交換。b、中頻板J2連接器的C17-LAN_LINK，用于機箱面板的工作指示燈；接法：5V->LED->LAN_LINKc、中頻板J1連接器的D6(TimeSysClk)與時統(tǒng)板的J1連接器的D6(TimeSysClk)應連在一起；e、SPI_RST#信號有中頻板J1連接器的C5提供，但背板上需要放置一個1K的上拉電阻（上拉到3.3V）；另外：1、CPU板是

12、可選模塊，安裝CPU板時，CPU板與外部的網(wǎng)絡(luò)通信定義到前面板；不安裝CPU板時，中頻板與外部的網(wǎng)絡(luò)通信定義到J4；2、J4上要定義一個-5V(500mA)；3、J3,J4在PCB繪制時，要把每個信號的定義都絲印出來數(shù)字部分電源：+3.3V、+5V、+12V、-12V【定義參照CPCI J1】射頻部分電源：+3.3V、+5V、-5V、+12V、-12V、+24V【定義參照CPCI J1】從左至右分別編號：1槽、2槽直到8槽，1槽固定安裝計算機模塊，2槽固定安裝接口控制板（含時統(tǒng)子板），3槽固定安裝中頻板，其它各個槽分別安裝本振、射頻、信號源等模塊。背板基于SPI規(guī)范改造，采用點到點SPI通信，

13、要求支持數(shù)據(jù)雙向通信、觸發(fā)、時統(tǒng)、并行同步性等。數(shù)字電源和模擬電源分開供電電源線與信號線分開布線背板上的電源針腳：滿足瞬態(tài)上電沖擊要求背板應考慮：信號完整性、電磁兼容性、結(jié)構(gòu)堅固性數(shù)字地和模擬地的處理：數(shù)字地和模擬地分開，是否需要共地在投板前確定鋪地處理：定位孔均和地相通，盡量增大與機殼接通的面積和點，PCB鋪地和定位孔與機殼接觸部分，均不覆蓋綠油等絕緣面。背板連接器未用針腳的處理：接地、標注NC為降低背板數(shù)據(jù)線引起的干擾，數(shù)據(jù)通信時可控制數(shù)據(jù)線正常工作，不做數(shù)據(jù)通信時可控制不發(fā)時鐘，使數(shù)據(jù)線等處于低電平或通過下拉電阻接地等狀態(tài)。1. 背板連接器各槽定義請總體根據(jù)現(xiàn)有模塊情況給出；2. 背板與

14、機箱外部信號接口定義如下：16個GPIORS232口LAN口+5V DC+12V DC工作指示燈電源指示燈連接器1：陜西華達科技公司的J14A系列矩形連接器J14A-51ZJB 具體定義可根據(jù)PCB設(shè)計調(diào)整信號連接器PIN連接器PIN信號連接器PIN信號12 V1212 V39GND5 V345 V40GND56輸出I/O41輸出I/O78GND42電源指示LED（低電平有效）輸出I/O910輸出I/O43GND1112輸出I/O44輸出I/O1314GND 45GND 輸出I/O1516輸出I/O46RS232 TXGND1718輸出I/O47RS232 RX輸出I/O1920GND48GN

15、D輸出I/O2122輸出I/O49GND 2324輸出I/O50輸出I/O2526GND51GND輸出I/O2728GND輸出I/O2930RS232 TXGND 3132RS232 RXLANRXD_P3334GNDLANRXD_N3536LANTXD_P工作指示LED燈（網(wǎng)口工作指示燈）3738LANTXD_N其中，LAN口可選來自于計算機模塊的網(wǎng)口，也可以選來自于中頻模塊的網(wǎng)口連接器2：陜西華達科技公司的J14A系列矩形連接器J14A-38ZJB 3. 背板與電源模塊安裝方式電源作為獨立模塊安裝在背板和機箱后面之間，電源通過軟線纜與背板連接，連接器采用ATX電源連接器（是否需要考慮屏蔽？

16、）。4. 要求數(shù)字電源與射頻電源分開，電源模塊參考電源部分方案5. 數(shù)字模塊有J1和J26. 射頻部分的模塊去掉J2，將J1作為SPI總線和射頻電源入口7背板上放置足夠的退耦電容8. 背板插拔不考慮支持帶電插拔模塊結(jié)構(gòu)便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備背板討論1. 中頻模塊J2輸出的音頻接口在方案中未定義輸出？回答：取消J2音頻接口 到 背板連接器 到 機箱面板2. 時統(tǒng)模塊的輸入信號定義在J2，但方案中未規(guī)定輸入接口？回答：機箱面板 到 背板連接器 到 時統(tǒng)模塊槽J23. 初步考慮背板各槽劃分為三種類型1) 中頻模塊：P1、P2的定義按照現(xiàn)方案中相關(guān)內(nèi)容執(zhí)行2) 時統(tǒng)模塊和控制模塊：時統(tǒng)模塊的P2按照現(xiàn)方

17、案中相關(guān)內(nèi)容執(zhí)行；控制模塊為空；時統(tǒng)模塊和控制模塊的P1的電源和地的定義與CPCI規(guī)范保持一致，SPI接口定義和射頻模塊的SPI接口定義保持一致，選用CPCI規(guī)范中的JTAG接口定義（JTAG signals: TDO TDI TCK TMS TRST#）作為各模塊的SPI接口定義（如下圖所示）數(shù)據(jù)IO方向相對于本模塊定義（注意背板設(shè)計時需要進行數(shù)據(jù)線交換對接，即TDO接TDI、TDI接TDO）：TDO 對應SDOTDI對應SDITCK對應SCLKTMS對應CSTRST#對應Reset射頻區(qū)域的J1需要增加-5V和+24V定義：考慮到模塊布線的方便，A5定義為-5V，B5定義為+24V3) 射

18、頻模塊：去掉P2；P1上半部分作為射頻電源入口；P1下半部分作為時統(tǒng)信號、SPI信號入口（SPI信號定義和時統(tǒng)模塊及控制模塊保持一致）4建議將背板電源連接器移至右邊，這樣便于數(shù)字電源和射頻電源分區(qū)走線，并避免射頻電源走線跨越數(shù)字電路。5背板厚度3.2mm，8層板，疊層順序：GND、SIG1、GND、PWR1、PWR2、GND、SIG2、GND6背板PCB各層四周35mm覆地銅，并用過孔連接，表層不涂覆阻焊綠油，保持與機箱的良好接觸；PCB四周打郵票孔，并切掉一半，從而使得整個PCB類似于一個接地腔體。這種結(jié)構(gòu)不建議區(qū)分數(shù)字地和模擬地，而是區(qū)分射頻部分和數(shù)字部分的布線區(qū)域。本振板和混頻板目前已調(diào)

19、試出來的指標和項目要求指標的對比序號指標設(shè)備指標交付達到設(shè)備指標初樣達到1頻率范圍20MHz3GHz（可擴展至8G）20MHz3GHz2頻率分辨率1Hz3頻率準確度1×10-7 1×10-7 4調(diào)諧時間根據(jù)實際情況分段一個指標，全頻段1個指標。5相位噪聲-103dBc/Hz（10kHz偏移）956輸入電平-137dBm-+0dBm-137dBm-+0dBm7最大不損壞電平30dBm30dbm8振蕩器再輻射-103dBm9鏡頻抑制90dB10中頻抑制90dB11內(nèi)部偽信號-103dBm12二階截點50dBm（低失真模式） 45dBm（正常模式）13三階截點20dBm（低失真模

20、式） 15dBm（正常模式）14噪聲系數(shù)低噪聲模式13dB，典型值12dB正常模式：18dB，f=20M3GHz15中頻頻率21.4MHz或70MHz21.4MHz或70MHz16最大中頻帶寬20M20M172dB中頻帶寬20MHz3MHz300KHz30KHz20MHz3MHz300KHz30KHz18矩形系數(shù)2.519增益控制AGC/MGC 130dBAGC/MGC 95dB20鏈路增益（射頻+中頻）自己提，然后討論,MGC情況下射頻、中頻衰減自己提，然后討論,MGC情況下靈敏度AM：6KHz帶寬，10dB信噪比fmod=1KHz，m=0.520M3G -104dBmFM: 15KHz帶寬

21、，20dB信噪比fmod=1KHz，偏移=5KHz20M3G -102dBm動態(tài)測量范圍110dB110dB系統(tǒng)指標：頻率掃描速率>3GHz/s本振板功分電路背板J1本振板本控板+5V DC+12V DC-12V DC+20V DC123本振電路電源電路CPLD控制電路參考信號源控制電路背板接口SPI板間互聯(lián)SPISPI控制電路信號源方案SPI控制電路6620方案結(jié)構(gòu)參考結(jié)構(gòu)方案采用上海恒率電源定電壓輸出模塊+QPO濾波模塊DC/DC模塊要單獨用一個電源地，與PCB整地用一個磁珠連接。混頻板背板J123混頻電路預選電路AGC控制電路1混頻電路板間互聯(lián)自定義IO控制背板接口SPISPI控制

22、電路6409方案結(jié)構(gòu)參考結(jié)構(gòu)方案l 本振控制板由XXXX負責l 本振板、混頻板的SPI控制電路由XXXX負責l 混頻板的AGC控制需求由XXXX負責、AGC控制電路由XXXX負責l 為解決AGC電路及其因時鐘產(chǎn)生的干擾問題，時鐘波形類似正弦波，不用的管腳按吸收方式處理。l 電源均需要進行二次隔離、去耦等處理l 腔體結(jié)構(gòu)考慮腔體效應問題、電磁屏蔽橡膠條、減少腔體內(nèi)部隔斷的通孔信號源板3U 、雙槽寬的CPCI模塊的標準結(jié)構(gòu)背板接口：P1背板控制：SPI電源供電：+12V DC、-12V DC、+24V DC控制電路：ALTERA CPLD EPM240T100I5（工業(yè)級）頻率特性頻率范圍：9kH

23、z3GHz頻率分辨率：3Hz（載頻<10MHz時頻率分辨率優(yōu)化至1Hz）頻率穩(wěn)定度：±1ppm（采用穩(wěn)定度為0.5×10E-7的晶振）參考輸出：0.35Vrms電平特性輸出電平范圍：-127dBm10dBm（-120dBm以下不做指標考核）電平準確度：±1.5dB（POWER<-100dBm）±1.0dB（POWER>-100dBm）輸出接口具備關(guān)斷功能頻譜純度SSB相位噪聲：-110dBc/Hz 偏移20kHz（500MHz典型值）-100dBc/Hz 偏移20kHz (1GHz典型值）-94dBc/Hz 偏移20kHz（>1G

24、Hz典型值）諧波：-30dBc非諧波：-80dBc10kHz偏移>10kHz，載頻<1GHz（典型值）-60dBc10kHz 其它頻率：偏移>10kHzFM調(diào)制速率：20Hz80kHz最大頻偏：100kHzFM誤差：5%標稱值調(diào)制輸入：內(nèi)部，外部ACAM調(diào)制速率：20Hz20kHz范圍：0100%AM誤差：5%標稱值±1%調(diào)制輸入：內(nèi)部，外部AC脈沖調(diào)制通斷比：80dB上升時間：150ns調(diào)制輸入：內(nèi)部，外部其他要求程控接口：SPI、串口RS232與RS485供電:±12V +24V（紋波2%輸出電壓）總功耗：35W(暫定)體積結(jié)構(gòu)：100mm（H）

25、15;160mm（W）×40.64mm（D）（PCB與腔體組成的模塊）輸出接口：射頻信號輸出連接器：SMA-K外部參考時鐘輸入：10MHz內(nèi)部參考時鐘輸出：10MHz參考時鐘連接器：SMA-K環(huán)境適應性（與整機一起檢驗）工作溫度：-1050儲存溫度：-4070振動：正弦555Hz，隨機10500Hz（符合GJB 3947-2000 3類設(shè)備要求）沖擊：30g（符合GJB 3947-2000 3類設(shè)備要求）注：環(huán)境適應性檢驗時間不含在研制階段內(nèi)。直流電源符合：CPCI Power規(guī)范 即可安裝于背板上使用也可以獨立安裝使用輸入：+24V DC（最高輸入32V，最低20V）數(shù)字輸出與總負

26、載電流及其紋波：l +3.3V DC3A負載穩(wěn)定度和紋波峰峰值不超過1%l +5V DC3A負載穩(wěn)定度和紋波峰峰值不超過1%l +12V DC3A負載穩(wěn)定度和紋波峰峰值不超過1%l -12V DC2A負載穩(wěn)定度和紋波峰峰值不超過1%模擬輸出與總負載電流及其紋波：l +5V DC8A負載穩(wěn)定度和紋波峰峰值不超過1%l -5V DC1A負載穩(wěn)定度和紋波峰峰值不超過1%l +12V DC4A負載穩(wěn)定度和紋波峰峰值不超過1%l -12V DC1A負載穩(wěn)定度和紋波峰峰值不超過1%l +24V DC0.2A負載穩(wěn)定度和紋波峰峰值不超過1%效率：>85%（負載60%以上）參考：便攜式無線電監(jiān)測設(shè)備初樣1.0功耗測試模塊板（即電源負載）+5V DC+3.3 DC-5VDC+12VDC-12V DC+24VDC功耗W備注射頻部分信號源000700mA90mA30mA混頻板1.1A060mA80mA00