基于VXI總線的射頻開關模塊的研制

0 引言

隨著電子裝備的現(xiàn)代化、高科技化和復雜化，要求對電子裝備進行現(xiàn)場快速測試，這就必須依靠自動測試系統(tǒng)來完成。為了提高我軍的裝備保障水平，必須盡快實現(xiàn)我軍軍用自動測試設備(Automatic Test Equipment，簡稱ATE)的國產(chǎn)化，縮短與國際先進水平的差距，確保軍用檢測設備免受國外技術保護的限制，提高軍用ATE的效費比。因此研究VXI總線技術，開發(fā)滿足軍方特殊要求的VXI總線模塊，具有十分重要的意義。

射頻開關是用于控制射頻信號傳輸路徑的控制器件之一，在無線通信、電子對抗、雷達系統(tǒng)、自動測試設備等許多領域中有廣泛用途。隨著現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，移動通信、雷達、衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)對收發(fā)切換開關的開關速度、功率容量、集成性等方面有了更高的要求。

1 VXI總線接口電路的設計與實現(xiàn)

VXIbus是VMEbus在儀器領域的擴展（VMEbus Extensions for Instrumentation），是計算機操縱的模塊化自動儀器系統(tǒng)。它依靠有效的標準化，采用模塊化的方式，實現(xiàn)了系列化、通用化以及VXIbus儀器的互換性和互操作性，其開放的體系結構和PlugPlay方式完全符合信息產(chǎn)品的要求。它具有高速數(shù)據(jù)傳輸、結構緊湊、配置靈活、電磁兼容性好等優(yōu)點，，因此系統(tǒng)組建和使用非常方便，應用也越來越廣泛，已逐漸成為高性能測試系統(tǒng)集成的首選總線^[1]。

VXI總線是一種完全開放的、適用于各儀器生產(chǎn)廠家的模塊化儀器背板總線規(guī)范。VXI總線器件主要分為：寄存器基器件、消息基器件和存儲器基器件。目前寄存器基器件在應用中所占比例最大(約70%)。VXIbus寄存器基接口電路主要包括：總線緩沖驅動、尋址和譯碼電路、數(shù)據(jù)傳輸應答狀態(tài)機、配置及操作寄存器組四個部分。四個部分中除總線緩沖驅動采用74ALS245芯片來實現(xiàn)外，其余部分都用FPGA來實現(xiàn)。采用一片F(xiàn)LEX10K 芯片EPF10K10QC208-3和一片EPROM芯片EPC1441P8，利用相應軟件MAX+PLUSⅡ來進行設計與實現(xiàn)。

1.1 總線緩沖驅動

該部分完成對VXI背板總線中的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線的緩沖接收或驅動，以滿足VXI規(guī)范信號的要求。對于A16/D16器件，只要實現(xiàn)背板數(shù)據(jù)總線D00～D15的緩沖驅動。根據(jù)VXI總線規(guī)范的要求，此部分采用兩片74LS245實現(xiàn)，用DBEN*（由數(shù)據(jù)傳輸應答狀態(tài)機產(chǎn)生）來選通。

1.2 尋址和譯碼電路

尋址線包括地址線A01～A31、數(shù)據(jù)選通線DS0*和DS1*、長字線LWORD*?？刂凭€包括地址選通線AS*和讀/寫信號線WRITE*。

本電路的設計采用MAX+PLUSⅡ的原理圖設計方式。利用元件庫里的現(xiàn)有元件進行設計,采用了兩片74688和一片74138。其創(chuàng)建的功能模塊如圖2-1所示。

該功能模塊對地址線A15～A01及地址修改線AM5～AM0進行譯碼。當器件被尋址時，接收地址線及地址修改線上的地址信息，并將其與本模塊上硬件地址開關設置的邏輯地址LA7～LA0相比較，如果AM5～AM0上邏輯值為29H或2DH（由于是A16/D16器件），地址線A15、A14均為1，并且A13～A06上的邏輯值與模塊的邏輯地址相等時，該器件被尋址選通（CADDR*為真）。接著其結果被送往下一級譯碼控制，通過對地址A01～A05進行譯碼選中模塊在16位地址空間的寄存器。

1.3 數(shù)據(jù)傳輸應答狀態(tài)機

數(shù)據(jù)傳輸總線是一組高速異步并行數(shù)據(jù)傳輸總線，是VMEbus系統(tǒng)信息交換的主要組成部分。數(shù)據(jù)傳輸總線的信號線可分為尋址線、數(shù)據(jù)線、控制線三組。

該部分的設計采用MAX+PLUSⅡ的文本輸入設計方式。由于DTACK*的時序比較復雜，所以采用AHDL語言來進行設計，通過狀態(tài)機實現(xiàn)。設計的功能模塊如圖2-2所示。

該功能模塊對VXI背板總線中的控制信號進行組態(tài)，為標準數(shù)據(jù)傳輸周期提供時序及控制信號（產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸使能信號DBEN*，總線完成數(shù)據(jù)傳輸所需的應答信號DTACK*等）。在進行數(shù)據(jù)傳輸時，系統(tǒng)控制者首先對模塊進行尋址，并將相應的地址選通線AS*，數(shù)據(jù)選通線DS0*、DS1*以及控制數(shù)據(jù)傳輸方向的WRITE*信號線等設置為有效電平。當模塊檢測到地址匹配及各控制線有效后，驅動DTACK*為低電平，以此向總線控制者確認已經(jīng)將數(shù)據(jù)放置在數(shù)據(jù)總線上(讀周期) 或已經(jīng)成功地接收到數(shù)據(jù)(寫周期)。

1.4 配置寄存器

每個VXI總線器件都有一組“配置寄存器”，系統(tǒng)主控制器通過讀取這些寄存器的內容來獲取VXI總線器件的一些基本配置信息，如器件類型、型號、生產(chǎn)廠家、地址空間（A16、A24、A32）以及所要求的存儲空間等。

VXI總線器件的基本配置寄存器有：識別寄存器、器件類型寄存器、狀態(tài)寄存器、控制寄存器。

該部分電路的設計采用MAX+PLUSⅡ的原理圖設計方式，利用74541芯片，其創(chuàng)建的功能模塊如圖2-3所示。