基于PXI总线结构的宽带高速信号的存储

郑冰

【关键词】分段存储 PXI 测量

1. 前言

宽带高速信号要求测试设备同时具备高采样率和超强的数据捕获能力，这对测试设备性能提出了极高的要求。所有测试设备的存储长度都是有限的，要对这些信号进行测试不得不在分辨率和捕获长度之间做出取舍。

在测试设备中，采样率× 采集时间= 采集内存。采样率越高， 则数据采集的时间越小。另一方面，若要加长采集时间窗口， 则需要以降低采样率为代价。

对于一些低占空比的信号， 高性能示波器采用FastFrame 技术，改善了存储使用效率和数据采集质量，消除了采集时间窗口和水平分辨率不可兼得的矛盾。但由于示波器频率范围和采样速率的限制，针对高频率信号则无法进行测量，即使在频率范围内仍需占用大量内存，使得采集测量效率降低。

2. 存储方法

针对上述现有技术的不足，本文提供了一种基于PXI 总线结构的低占空比宽带高速信号的存储测量方法，使宽带高速信号能够快速进行存储和测量。

需要使用PXI 零槽控制器、PXI 中频数字化模块、PXI 下变频模块和PXI 计数器模块。该方法采用PXI 结构的测试系统，利用同步触发信号，进行宽带高速信号的存储测量，其解决问题所采用的技术方案包括以下步驟：

（1）按照图1 连接设备，连接PXI 零槽控制器、PXI 中频数字化模块、PXI 下变频模块和PXI 计数器模块，将宽带高速信号连接至PXI 下变频模块的射频输入端口，将同步触发信号通过功分器分别连接至PXI 中频数字模块的触发输入端口和PXI 计数器模块输入端口。以脉冲调制信号为例，若不存在同步触发信号，利用检波器对脉冲调制信号包络检波的方法取得调制脉冲，以该脉冲信号作为同步触发信号;

（2）设置PXI 下变频模块的本振频率，使得PXI 下变频模块的输出频率为PXI 中频数字化模块的所需输入频率值;

（3）将PXI 中频数字化模块设置为触发采集模式，同时用PXI 计数器模块设置为周期测量模式;

（4）开始采集宽带高速信号，将每次触发后采集得到的波形在PXI 零槽控制器中进行存储。以脉冲调制信号为例，存储得到即为存在脉冲的时间段，无脉冲的时间段没有存储，节约了采集内存;

（5）在采集的同时进行每次采集之间触发信号的周期测量，该周期测量值为每两次采集之间的时间间隔，将该测量结果发送PXI 零槽控制器;

（6）按照图2 所示， 在时间轴上，采用在按照测量得出的时间间隔填充存储波形的方法，首先在时间轴上连接每次测量得到的时间间隔，在时间间隔的结束点作为每段波形的起始点依次填充每段存储得到的波形，用于恢复时间轴上的低占空比信号波形。

根据上述测试步骤，本方法以PXI 模块化设备为基础，采用LABview 语言编制专用采集和测量算法来实现信号参数的存储和测量，由PXI 总线将PXI 中频数字模块采集的波形数据记录至零槽控制器中，最后进行波形恢复和测量，可以实现宽带高速信号的分段存储测量。

使用的触发方式为利用同步信号触发。在实际测试过程中，当不存在同步信号时，则设置中频数字化模块的触发方式为中频触发，并设置为触发保持模式（即在触发保持时间段内不再进行重复触发）。触发保持时间设置为大于低占空比信号存在波形的时间段长度，但小于两段波形之间的时间间隔长度。

上述使用的PXI 零槽控制器为NI 公司PXIE-8840 型嵌入式PC 控制器，支持PXI 总线的高速对等数据传输。

上述使用的PXI 中频数字化模块为NI 公司PXIe-5624型中频数字化仪，采样速率高于PXI 下变频模块3 输出的中频信号载波频率2 倍以上。上述使用的PXI 下变频模块为NI公司PXIe-5606 型下变频器，其频率范围可达26.5GHz，分析带宽为765MHz 可变，可满足所有在该带宽之下所有宽带高速信号的变频，使输出的中频信号满足PXI 中频数字化模块2 要求。

上述使用的PXI 计数器模块为JYTEK 公司PXIe-5211型计数器模块，测量频率可至50MHz，内部时基准确度为2ppm，高于同步触发信号的周期测量要求。

3. 结束语

本方法利用计数器模块测量触发信号的模式得到各个存储段之间的时间信息，利用计数器高准确度的时基可以准确的还原被采集信号。若实际测量过程中无法取得同步触发信号，可利用检波器对被测低占空比信号包络检波的方法取得同步信号，计数器模块测量包络的周期时间。利用同步触发后分段存储的方式进行信号存储测量，该方法可根据波形出现时间段的同步信号并控制采集时间长度决定在采集时剔除不需要存储的波形时间段，使得在同样的采样率条件下可以存储更长时间的信号，节约了采集内存，大大提高了测量效率。

利用PXI 总线方式结构轻便可扩展的方式，利用PXI 下变频模块提高了测量的频率范围限制。利用PXI 数字化模块可以灵活设置触发方式，改变了以往利用示波器FastFrame存储受限于示波器采样速率的情况，提高了可以采集的高速信号载波频率，并在PXI 结构中直接包含零槽控制器，可在机箱中自由增加存储流盘，保证了高速率、大容量的存储波形信息，比以往示波器方式具备更高的数据传输速率以及可扩展的硬盘容量。