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      多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號:11959206閱讀:359來源:國知局
      多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng)的制作方法與工藝

      本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種應(yīng)用于綜合式無線電通信、導(dǎo)航和監(jiān)視系統(tǒng)的多功能射頻模塊通用接口。



      背景技術(shù):

      無線電通信、導(dǎo)航與監(jiān)視系統(tǒng)(以下簡稱CNS系統(tǒng))是民用航空電子系統(tǒng)的重要組成部分,其中通信功能主要包括空天、空地、空空的話音和數(shù)據(jù)通信;導(dǎo)航功能負責(zé)飛機的進程、遠程無線電導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、進場著陸、防撞告警,空中交通管制,監(jiān)視功能負責(zé)飛機航向的監(jiān)視和安全的監(jiān)督,由于CNS系統(tǒng)在民用航空電子系統(tǒng)中的核心地位而被稱為飛機的“耳朵”和”眼睛”。從系統(tǒng)架構(gòu)方面看CNS系統(tǒng)經(jīng)歷了早期式、分立式、聯(lián)合式和綜合式幾個發(fā)展階段。早期式CNS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能較為簡單,滿足一些基本飛行和聯(lián)絡(luò)需要,主要包括機載電臺、無線電羅盤等設(shè)備;隨著二戰(zhàn)的結(jié)束和噴氣時代的到來,很多國家大力發(fā)展航空電子技術(shù),出現(xiàn)了機載雷達、多普勒和慣性自主式導(dǎo)航、電子顯示設(shè)備、儀表著陸系統(tǒng)等新技術(shù),CNS系統(tǒng)進入分立式時代。20世紀(jì)70年代后隨著科技革命浪潮的推動和計算機、數(shù)據(jù)總線技術(shù)的發(fā)展,CNS系統(tǒng)發(fā)生了革命性飛躍,其開發(fā)成本大幅度降低,系統(tǒng)處理能力大幅度提高,并開始廣泛使用數(shù)字化系統(tǒng),CNS系統(tǒng)進入到聯(lián)合式時代;時至20世紀(jì)90年代,數(shù)字化信息處理和傳輸已經(jīng)非常普及的CNS系統(tǒng)開始向模塊化、綜合化方向發(fā)展,系統(tǒng)內(nèi)互聯(lián)日益復(fù)雜。以外場可更換單元(LRU)為代表的后聯(lián)合式結(jié)構(gòu)和以外場可更換模塊(LRM)為代表的綜合式結(jié)構(gòu)是這一階段的兩種主要形式,后者又被稱作綜合化航空電子(IMA)。綜合式CNS系統(tǒng)具有開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、綜合化、集成化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點,其應(yīng)用在民用客機上產(chǎn)生了很大效益,提高了民用客機無線電通信、導(dǎo)航和監(jiān)視任務(wù)的可靠性和魯棒性,同時也降低了飛機的生命周期成本。

      綜合式CNS系統(tǒng)按信號處理流程劃分為天線接口、射頻信號交換、射頻前端(包括射頻RF激勵和接收)、數(shù)字中頻交換、信號處理與數(shù)據(jù)處理等部分,其中天線接口和射頻激勵、接收部分由大量的不同頻段的射頻模塊構(gòu)成,這些模塊的控制接口通過系統(tǒng)總線接收系統(tǒng)的控制指令、向系統(tǒng)發(fā)送模塊本身狀態(tài)系統(tǒng)。若由各模塊廠商自行設(shè)計系統(tǒng)控制接口單元,各廠商技術(shù)方案、電路設(shè)計不同,會產(chǎn)生以下問題:1)互通問題:各承研廠商設(shè)計能力、技術(shù)方案不同,設(shè)計的通用接口在總線接口電平、數(shù)據(jù)/控制時序、數(shù)據(jù)幀格式、通信可靠性等方面會存在差異,這種差異會對系統(tǒng)總線健壯性、穩(wěn)定性帶來不利影響,而且各種不同的接口電平、信號收發(fā)格式和要求,對系統(tǒng)級聯(lián)會產(chǎn)生無法解決的通信問題;2)非標(biāo)準(zhǔn)的通信接口增加了設(shè)計難度:由于各承研廠商對CNS系統(tǒng)架構(gòu)、工作方式和控制時序理解不充分,很難保證設(shè)計出容錯能力強、穩(wěn)定可靠的通用接口,增加了模塊設(shè)計的難度;3)系統(tǒng)測試復(fù)雜:通信接口的測試是一個復(fù)雜的測試,其中接口電平、數(shù)據(jù)幀格式等項目容易進行測試,但涉及到通信接口完整性與健壯性的檢錯、容錯、重傳恢復(fù)等功能的測試,如果各模塊接口設(shè)計不統(tǒng)一而需單獨測試,不僅測試環(huán)境的建設(shè)困難,而且測試內(nèi)容繁復(fù)工作量巨大。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明的發(fā)明目的在于:針對上述存在的問題,提供一種多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng),用于CNS系統(tǒng)對各通用射頻模塊數(shù)據(jù)、控制信息的交互和處理。

      本發(fā)明的多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng),包括系統(tǒng)控制管理模塊、通用總線接口模塊和通用射頻模塊;

      系統(tǒng)控制管理模塊通過同步總線與通用總線接口模塊通信,用于下發(fā)系統(tǒng)消息、控制指令和數(shù)據(jù),同時接收和處理通用射頻模塊通過通用總線接口模塊上報的自檢、狀態(tài)信息;

      通用總線接口模塊包括收數(shù)單元、發(fā)數(shù)單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)模控制單元、多路復(fù)用單元、收數(shù)緩存單元、發(fā)數(shù)緩存單元和總線控制單元,其中,收數(shù)單元通過同步總線接收來自系統(tǒng)控制管理模塊的幀信息并解析后將幀負荷發(fā)送給數(shù)據(jù)處理單元,所述幀信息包括系統(tǒng)消息、控制命令和數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理單元對幀負荷進行解析,得到解析數(shù)據(jù),基于解析數(shù)據(jù)類型進行轉(zhuǎn)發(fā):將數(shù)??刂泼畎l(fā)送至數(shù)模控制單元,將基帶信號發(fā)送至多路復(fù)用單元,將系統(tǒng)消息、總線控制命令和參數(shù)通過收數(shù)緩存單元發(fā)送至總線控制單元;其中,數(shù)??刂茊卧糜谙蛲ㄓ蒙漕l模塊轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)模控制命令;多路復(fù)用單元用于數(shù)據(jù)處理單元與通用射頻模塊間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ肋x擇和多路復(fù)用;總線控制單元用于數(shù)據(jù)處理單元與通用射頻模塊間的總線傳輸控制,如總線通信協(xié)議的解析、數(shù)據(jù)位過采樣判決、總線參數(shù)的設(shè)置(如自適應(yīng)波特率檢測、數(shù)據(jù)幀長度、停止位控制等);同時,總線控制單元通過總線接收來自通用射頻模塊的自檢、狀態(tài)信息,并通過發(fā)數(shù)緩存單元轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)處理單元;數(shù)據(jù)處理單元將接收的自檢、狀態(tài)信息打包成幀信息并發(fā)送給發(fā)數(shù)單元;發(fā)數(shù)單元將來自數(shù)據(jù)處理單元的幀信息通過同步總線發(fā)送給系統(tǒng)控制管理模塊;

      通用射頻模塊包括數(shù)模驅(qū)動單元、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、總線適配單元、射頻預(yù)處理單元;其中,數(shù)模驅(qū)動單元用于完成數(shù)模轉(zhuǎn)換的前端匹配,將從數(shù)??刂茊卧邮盏臄?shù)??刂泼羁刂茢?shù)模轉(zhuǎn)換單元的工作參數(shù),及將從多路復(fù)用單元接收的基帶信號轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)模轉(zhuǎn)換單元;數(shù)模轉(zhuǎn)換單元用于基帶信號的數(shù)?;蚰?shù)轉(zhuǎn)換:在發(fā)送狀態(tài)時,對接收的數(shù)字基帶信號進行數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換,并將轉(zhuǎn)換后的模擬基帶信號發(fā)送給射頻預(yù)處理單元;在接收狀態(tài)時,對來自射頻預(yù)處理單元的模擬基帶信號進行模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換,并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字基帶信號通過數(shù)模驅(qū)動單元發(fā)送給多路復(fù)用單元;總線適配單元用于通用射頻模塊與通用總線接口模塊間的總線接口適配,總線數(shù)據(jù)協(xié)議的解析,以及將通過總線控制單元接收的總線控制命令和參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)至射頻預(yù)處理單元,控制射頻預(yù)處理單元的工作參數(shù);同時總線適配單元通過總線控制單元、發(fā)數(shù)換成單元、數(shù)據(jù)處理單元、發(fā)數(shù)單元向系統(tǒng)控制管理模塊回傳自檢、狀態(tài)信息。

      射頻預(yù)處理單元對通過數(shù)模轉(zhuǎn)換單元接收的基帶信號進行發(fā)射調(diào)制處理(包括信號調(diào)制、上變頻、信號濾波、功率放大等處理)通過發(fā)射天線輻射;對通過接收天線接收的射頻信號進行接收解調(diào)處理(包括信號解調(diào)、下變頻、有用信號提取、信號濾波、功率放大等處理),得到模擬基帶信號并發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。

      本發(fā)明的通用總線接口模塊的數(shù)據(jù)處理單元總線控制單元還對接收的每個BIT位進行過采樣(如16倍、32倍等),以BIT位中心位置處奇數(shù)個脈沖為采樣窗口,對窗口內(nèi)的采樣值進行投票判決以確定每個BIT位的電平值,有效的避免了單次采樣不確定性,降低了通信誤碼率,提高了總線的通信可靠性。

      本發(fā)明的通用射頻模塊的數(shù)模轉(zhuǎn)換單元對模擬基帶信號進行AD轉(zhuǎn)換時,采用兩路ADC分別采樣并經(jīng)多路復(fù)用單元發(fā)送給通用總線接口模塊的數(shù)據(jù)處理單元;數(shù)據(jù)處理單元對接收的基帶信號進行自適應(yīng)時鐘適配校準(zhǔn)處理:將兩路采樣結(jié)果的一路作為濾波器的參考信號,一路作為濾波器的輸入信號;采用最小均方根LMS算法計算輸入信號相對于參考信號的時鐘誤差,并對時鐘誤差和輸入信號進行自適應(yīng)濾波處理,得到自適應(yīng)時鐘失配校準(zhǔn)處理的采樣信號。本發(fā)明采用時分交替AD構(gòu)建,對多通道AD采樣后數(shù)據(jù)進行誤差校準(zhǔn),利用多片低速、高精度的ADC,并行處理模擬輸入信號,采樣自適應(yīng)時鐘失配校準(zhǔn)算法,在保證采樣精度的前提下,不降低系統(tǒng)級采樣速率,并行結(jié)構(gòu)不需要增加單片設(shè)計的難度,就可以達到高速、高精度的系統(tǒng)采樣。

      由于航空電子設(shè)備工作電磁環(huán)境復(fù)雜,串口通信受到周圍電磁干擾、晶振固有時鐘漂移等因素影響,通信數(shù)據(jù)位會出現(xiàn)時間偏差,當(dāng)這種偏差經(jīng)過一定時間積累超過門限后,就會導(dǎo)致采樣錯位。本發(fā)明的通用總線接口模塊的總線控制單元實時統(tǒng)計與通用射頻模塊間通信的數(shù)據(jù)位偏差,并周期檢測當(dāng)前統(tǒng)計結(jié)果是否超過閾值,若是則進行修正處理,從而有效減少由于數(shù)據(jù)位偏差而導(dǎo)致的采樣錯誤。經(jīng)實際測算,當(dāng)數(shù)據(jù)位偏差的統(tǒng)計結(jié)果不超過比特時間的±5%時,通用串行接口能夠穩(wěn)定可靠的接收數(shù)據(jù)。

      進一步的,在通用射頻模塊的總線適配單元與通用總線接口模塊進行數(shù)據(jù)通信時,先進行波特率檢測,再進行數(shù)據(jù)傳輸,其中波特率檢測處理為:通用總線接口模塊的總線控制單元向通用射頻模塊請求訓(xùn)練序列,通用射頻模塊的總線適配單元收到請求序列后,通用射頻模塊向通用總線接口模塊的總線控制單元發(fā)送一段訓(xùn)練序列,總線控制單元接收訓(xùn)練序列并進行過采樣處理,對過采樣結(jié)果進行時域到頻域的變換結(jié)果,查找最大幅度對應(yīng)的頻率點作為中心頻率,基于中心頻率重置通用總線接口模塊的波特率后,向總線適配單元發(fā)送詢問幀并等待應(yīng)答,若接收到應(yīng)答幀,則波特率檢測成功;否則請求通用射頻模塊重傳訓(xùn)練序列,重新進行波特率檢測。

      基于上述波特率檢測處理,能夠?qū)崿F(xiàn)在不需要預(yù)先知道對方的波特率的情況下,自適應(yīng)的完成波特率檢測和數(shù)據(jù)收發(fā)。作為通用射頻模塊與系統(tǒng)間通信的橋梁,這種自適應(yīng)波特率串口能夠適應(yīng)各種不同波特率、電平特性的射頻模塊,提高了系統(tǒng)的兼容性和可擴展性。同時在特殊的保密通信場合,射頻模塊需隨機變換波特率,而不需要上報系統(tǒng)當(dāng)前波特率就能直接通信,提高了CNS系統(tǒng)保密通信的可靠性和魯棒性。

      綜上所述,由于采用了上述技術(shù)方案,本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明為CNS系統(tǒng)通用射頻模塊間、模塊與系統(tǒng)間互聯(lián)互通提供了統(tǒng)一的通信平臺,減少了系統(tǒng)集成測試量,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,符合模塊化標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計需要。

      附圖說明

      圖1是本發(fā)明具體實施方式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖2是具體實施方式中,本發(fā)明多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)流程圖。

      圖3是具體實施方式中,本發(fā)明多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng)的電平采樣投票判決圖。

      圖4是具體實施方式中,本發(fā)明多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng)的AD自適應(yīng)算法原理圖。

      圖5是具體實施方式中,本發(fā)明多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng)的數(shù)據(jù)位偏差校準(zhǔn)圖。

      圖6是具體實施方式中,本發(fā)明多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng)的自適應(yīng)波特率原理圖。

      具體實施方式

      為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚,下面結(jié)合實施方式和附圖,對本發(fā)明作進一步地詳細描述。

      參閱圖1。在以下描述的一個最佳實施例中,本發(fā)明的多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng)包括系統(tǒng)控制管理模塊、通用總線接口模塊、通用射頻模塊。系統(tǒng)控制管理模塊采用高速數(shù)字信號處理芯片作為主控核心,通過同步總線與通用總線接口模塊通信,完成系統(tǒng)控制指令和數(shù)據(jù)的下發(fā),如配置系統(tǒng)工作模式、工作參數(shù)等控制命令。同時接收來自通用總線接口模塊的應(yīng)答數(shù)據(jù)幀,上報的狀態(tài)信息,例如采集系統(tǒng)工作狀態(tài)、健康狀況。

      通用總線接口模塊是系統(tǒng)控制管理模塊與通用射頻模塊間的橋梁,完成系統(tǒng)控制命令的轉(zhuǎn)發(fā)和處理。其中,收數(shù)單元接收來自同步總線的數(shù)據(jù)幀和命令幀,對幀信息(數(shù)據(jù)幀和命令幀)進行緩存和解析,并將有效幀負荷傳給數(shù)據(jù)處理單元。數(shù)據(jù)處理單元對幀負荷解析和處理,將解析數(shù)據(jù)分為AD數(shù)據(jù)(即數(shù)字或模擬的基帶信號)、AD控制命令(包括數(shù)模轉(zhuǎn)換控制命令和模數(shù)轉(zhuǎn)換控制命令)、總線控制命令,并將AD控制命令傳給AD控制器,完成對后端的通用射頻模塊AD的控制和管理;將AD數(shù)據(jù)傳給多路復(fù)用控制器,用于數(shù)據(jù)交互時的通道選擇和多路復(fù)用,實現(xiàn)通用總線接口模塊與通用射頻模塊間的數(shù)據(jù)交互;將總線控制命令傳給收數(shù)緩存單元(讀寫方式設(shè)置為FIFO)緩存,緩存后通過總線控制單元經(jīng)通用總線傳給后端的通用射頻模塊的總線適配單元,用于控制射頻預(yù)處理單元的相關(guān)工作參數(shù),如:本振頻率、寬窄帶選擇、濾波器中心頻率值等。另外,總線適配單元還通過總線控制單元、發(fā)數(shù)換成單元、數(shù)據(jù)處理單元、發(fā)數(shù)單元向系統(tǒng)控制管理模塊回傳自檢、狀態(tài)信息,即總線適配單元將自檢、狀態(tài)信息通過通用總線發(fā)送至總線控制單元,總系控制單元將接收的信息存入發(fā)數(shù)緩存單元(讀寫方式設(shè)置為FIFO),以供數(shù)據(jù)處理單元讀取,并將讀取的自檢、狀態(tài)信息打包成幀信息并發(fā)送給發(fā)數(shù)單元;發(fā)數(shù)單元將接收的幀信息通過同步總線發(fā)送給系統(tǒng)控制管理模塊。

      通用射頻模塊包括數(shù)模驅(qū)動單元(AD/DA驅(qū)動單元)、數(shù)模轉(zhuǎn)換單元(AD/DA轉(zhuǎn)換單元)、總線適配單元、射頻預(yù)處理單元。

      其中,數(shù)模驅(qū)動單元完成數(shù)模轉(zhuǎn)換的前端匹配,接收來自通用總線接口模塊的AD控制器發(fā)送的AD控制命令和多路復(fù)用單元發(fā)送的AD數(shù)據(jù),控制數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的工作參數(shù),如AD轉(zhuǎn)換精度、速度、有效數(shù)據(jù)位和無雜散動態(tài)范圍、采樣率,轉(zhuǎn)換精度,有效位數(shù)(ENOB),無雜散動態(tài)范圍(SFDR)等。

      數(shù)模轉(zhuǎn)換單元用于基帶信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換:在發(fā)送狀態(tài)時,對來自數(shù)據(jù)處理單元的數(shù)字基帶信號進行DA轉(zhuǎn)換,并將轉(zhuǎn)換后的基帶信號發(fā)送給射頻預(yù)處理單元;在接收狀態(tài)時,對來自射頻預(yù)處理單元的模擬基帶信號進行AD轉(zhuǎn)換,并將轉(zhuǎn)換后的基帶信號通過預(yù)分配的通用總線接口模塊與通用射頻模塊間的傳輸通道發(fā)送給通用總線接口模塊的數(shù)據(jù)處理單元。

      總線適配單元用于解析總線數(shù)據(jù)并向射頻預(yù)處理單元轉(zhuǎn)發(fā)來自通用數(shù)據(jù)線接口的總線控制命令,控制射頻預(yù)處理單元的工作參數(shù),如:本振頻率、寬窄帶選擇、濾波器中心頻率值等;同時將通用射頻模塊的自檢、狀態(tài)信息通過通用總線發(fā)送至通用總線接口模塊的發(fā)數(shù)緩存單元。

      射頻預(yù)處理單元將來自數(shù)模轉(zhuǎn)換單元的基帶信號進行調(diào)制、上變頻、信號濾波、功率放大等發(fā)射調(diào)制處理后,通過發(fā)射天線向空域輻射;對通過接收天線接收的射頻信號進行解調(diào)、下變頻、有用信號提取、信號濾波、功率放大等接收解調(diào)處理,得到模擬基帶信號并發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換單元。

      參閱圖2。本發(fā)明的多功能射頻模塊通用接口系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)流程為:

      處理器啟動后運行初始化函數(shù),初始化對外IO接口、配置中斷觸發(fā)模式以接收外部中斷,然后進入主流程。當(dāng)判斷有數(shù)據(jù)待送時進入發(fā)送流程,配置發(fā)送寄存器,包括設(shè)置發(fā)送波特率、幀格式、選擇發(fā)送電平(例如RS422電平、RS485電平或RS232電平)、校驗方式等參數(shù),然后讀取發(fā)數(shù)緩存單元的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)組幀,增加幀頭、幀尾、幀源/目的地址、校驗信息,一幀數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后啟動發(fā)送程序發(fā)送數(shù)據(jù),并啟動接收計時器等待回傳信息。如果收到應(yīng)答信息,則判斷應(yīng)答為ACK幀還是NAK幀,若為NAK幀表示接收方數(shù)據(jù)校驗失敗請求回傳,則重新組幀并發(fā)送。如果接收為ACK幀表示接收方已收到數(shù)據(jù)且校驗成功,則發(fā)送成功,停止重傳。如果未接收到任何應(yīng)答幀信息,則判斷接收是否超時,如果未超時則繼續(xù)等待接收應(yīng)答幀信息,如果超時則啟動重傳機制對數(shù)據(jù)幀重傳,如果重傳超過3次仍未收到應(yīng)答幀,重傳失敗停止重傳。

      當(dāng)判斷到有數(shù)據(jù)帶來時進入接收流程。首先配置接收寄存器,包括設(shè)置接收波特率、接收緩存大小、中斷觸發(fā)方式等參數(shù),然后啟動接收進程。讀取收數(shù)緩存單元的數(shù)據(jù)并檢測是否有幀頭,如果沒有幀頭則繼續(xù)等待,檢測到有幀頭就開始接收數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行緩存。并啟動看門狗計時器,判斷接收是否超過最長接收時間,如果超過最長接收時間則丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù)包,如果未超時則解析接到的幀內(nèi)容并進行CRC校驗,如果校驗失敗則回傳NCK幀請求發(fā)送方重傳,如果校驗成功則將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)處理流程,接收流程結(jié)束。

      參閱圖3。在高精度晶振輸出的時鐘控制下,通過通用總線接口模塊內(nèi)部FPGA對接收到的串行總線信號進行采樣判決。圖中,(a)為串行總線的模擬信號,速率為3.125Mbit/s;模擬信號由于受到周圍電磁環(huán)境、傳播路徑影響,信號局部會隨機出現(xiàn)毛刺,設(shè)置高電平門限、低電平門限作為模擬信號數(shù)字化的基準(zhǔn)。(b)為模擬信號經(jīng)數(shù)字化后的數(shù)字信號,模擬信號的毛刺超過預(yù)先設(shè)定的高電平門限、或者低于預(yù)先設(shè)定的低電平門限,數(shù)字化后信號就會出現(xiàn)“毛刺點”;如果采樣時刻在毛刺點附近,就會影響到采樣結(jié)果;(c)為過采樣時鐘信號,頻率為50MHz的高速脈沖,對3.125MHz的串行數(shù)字信號進行16倍過采樣,每個比特電平持續(xù)16個采樣周期;(d)為FPGA內(nèi)設(shè)置的寬度為16個采樣周期的投票判決窗口。對每個比特電平進行16倍過采樣,用投票判決算法來確定該比特電平值。具體方法如下:由于每個比特電平中間位置為相對穩(wěn)定點,對每個比特電平進行16倍過采樣,取中間部分7個采樣脈沖值進行判決,當(dāng)電平為“1”的個數(shù)大于或等于4時,判決該比特電平值為“1”;當(dāng)電平為“0”的個數(shù)大于或等于4時,則判決該電平值為“0”;這樣可以有效濾除由于毛刺帶來的影響,大大降低誤碼率,提高了總線的穩(wěn)定性和健壯性。

      數(shù)據(jù)處理單元還包括最小均方根LMS處理模塊,通過LMS處理模塊對待采樣的模擬信號進行自適應(yīng)時鐘失配校準(zhǔn)處理。參閱圖4,其中,X(t)為待采樣的模擬輸入信號,經(jīng)兩路ADC通道ADC1、ADC2分別采樣,單片ADC采樣速率為100Msps,采樣精度為16bit,AD采樣后輸出數(shù)字信號X1(k),X2(k),其中數(shù)字信號X1(k)作為LMS處理模塊的參考輸入,經(jīng)過LMS處理模塊后輸出時鐘誤差并將和數(shù)字信號X2(k)一起送入重構(gòu)濾波器H,計算出校準(zhǔn)后的數(shù)字信號Y1(k),再經(jīng)過數(shù)字多路復(fù)用器MUX進行時分復(fù)用,輸出最終經(jīng)校準(zhǔn)合成后的AD采樣信號X(K),本實施例中,重構(gòu)濾波器H的頻率響應(yīng)為:其中Ω為角頻率,τ為時鐘誤差,Ts為采樣周期(1/100M)。

      LMS處理模塊的具體實現(xiàn)過程如下:

      步驟1):計算當(dāng)前通道采樣時鐘μi:其中迭代次數(shù)i的初始值為0,Δit表示第i次迭代計算時的時鐘誤差,Δ0t=0;

      步驟2):算目標(biāo)函數(shù)的梯度:根據(jù)公式計算目標(biāo)函數(shù)V,其中N為重構(gòu)濾波器H的階數(shù),本實施例中N的取值為84。為第i步X2(k)經(jīng)重構(gòu)濾波器H濾波后的信號,X1(k)為參考輸入信號。

      對目標(biāo)函數(shù)V求導(dǎo),計算目標(biāo)函數(shù)V的梯度其中為的偏導(dǎo)數(shù);

      步驟3)計算第i+1次迭代所對應(yīng)的時鐘誤差其中

      將最近一次迭代處理輸出的時鐘誤差記為并輸出。

      參閱圖5,其中5(a)為參考波特率時鐘,5(b)為串行總線數(shù)據(jù),每幀由一個起始位,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位組成;5(c)為實際接收波特率時鐘。在初始狀態(tài)時總線數(shù)據(jù)傳輸如圖5-1所示,發(fā)送端在參考波特率上升沿發(fā)送數(shù)據(jù),接收端按照接收波特率對數(shù)據(jù)進行采樣,每次接收時鐘上升沿對應(yīng)數(shù)據(jù)比特的中心位置,這樣能穩(wěn)定可靠進行采樣,每個比特電平位寬時間為A;而實際工作環(huán)境中,由于受到周圍電磁環(huán)境、晶振的頻率穩(wěn)定度、精度和固有漂移等因素影響,串行總線數(shù)據(jù)比特位寬會產(chǎn)生時間偏移,每個比特電平位寬時間變?yōu)锽(A不等于B),這種偏移經(jīng)過一定時間積累超過1/2個比特電平位寬后,就會導(dǎo)致采樣出錯。如圖5-2所示,第1個時鐘上升沿對應(yīng)數(shù)據(jù)起始位,第2個時鐘上升沿對應(yīng)數(shù)據(jù)D0位,第3個時鐘上升沿對應(yīng)數(shù)據(jù)D1位,第4個時鐘上升沿對應(yīng)數(shù)據(jù)D3位(正確位置為數(shù)據(jù)D2位),在第4個時鐘上升沿處由于時鐘與數(shù)據(jù)錯位而引起采樣錯誤。

      本發(fā)明通過自適應(yīng)檢測算法檢測位寬偏差累積值,當(dāng)累計值超過預(yù)設(shè)門限值時,自適應(yīng)修正波特率誤差,如圖5-2的(c)所示,在第3個時鐘上升沿處檢測到位寬偏差超過閾值時提前校正波特率,修改第4個時鐘上升沿起始位置,讓時鐘上升沿與數(shù)據(jù)D2中心點對齊,后續(xù)依次調(diào)整時鐘上升沿位置,保證每個時鐘上升沿與數(shù)據(jù)中心位置對齊,這樣降低了由于數(shù)據(jù)位偏移而導(dǎo)致的接收錯誤,提高了通信的可靠性。

      參閱圖6,其中6(a)為自適應(yīng)波特率接收原理圖,對于圖示三種不同波特率的串口數(shù)據(jù),通用總線接口模塊的總線控制單元均能夠檢測判斷到當(dāng)前信號波特率,并作出相應(yīng)調(diào)整完成自適應(yīng)接收。圖6(b)為自適應(yīng)波特率實現(xiàn)流程圖,約定通用射頻模塊的總線適配單元與通用總線接口模塊進行數(shù)據(jù)通信時,通用射頻模塊的總線適配單元先發(fā)送訓(xùn)練序列,本例中設(shè)置訓(xùn)練序列為200包0xAA數(shù)據(jù),總線控制單元接收訓(xùn)練序列,并采用200M高速時鐘對訓(xùn)練序列進行過采樣,對采樣結(jié)果進行FFT變換,得到頻域上信號的幅度頻率特性圖,通過查找最大幅度對應(yīng)的頻率點計算中心頻率,得到計算中心頻率后重新設(shè)置波特率,總線控制單元向總線適配單元發(fā)送詢問幀等待接收方應(yīng)答。如果總線控制單元接收到應(yīng)答幀表示波特率檢測成功,收發(fā)雙發(fā)按照當(dāng)前波特率能正常通信。如果未收到應(yīng)答幀表示檢測失敗,則請求接收方重傳訓(xùn)練序列,再經(jīng)過以上流程重新檢測波特率。

      以上所述,僅為本發(fā)明的具體實施方式,本說明書中所公開的任一特征,除非特別敘述,均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換;所公開的所有特征、或所有方法或過程中的步驟,除了互相排斥的特征和/或步驟以外,均可以任何方式組合。

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