一種通用的雷達(dá)控制板測試平臺的設(shè)計

航天南湖電子信息技術(shù)股份有限公司 彭小雨

一種通用的雷達(dá)控制板測試平臺的設(shè)計

航天南湖電子信息技術(shù)股份有限公司 彭小雨

探討了雷達(dá)上的幾種控制板的通用測試平臺的設(shè)計方法，主要介紹了測試平臺的組成、功能、工作過程以及設(shè)計方法，該設(shè)計支持雷達(dá)上的多種控制板的測試環(huán)境，最大程度上解決了該雷達(dá)測試平臺種類繁多的問題，降低了硬件成本，有效的降低了資源的耗費。

FPGA；CPLD；雷達(dá)

引言

由于雷達(dá)裝備比較龐大，裝配于該雷達(dá)的設(shè)備量較多，用于監(jiān)視控制雷達(dá)各分系統(tǒng)的控制板相應(yīng)的也較多，這就給測試平臺設(shè)計者、生成者、調(diào)試人員帶來繁雜的工作量，為了解決這一問題，實現(xiàn)兼容多種控制板的測試功能，采用通用的硬件設(shè)計原則來設(shè)計此測試平臺。為了滿足多種測試板的測試需求，硬件電路盡量簡化設(shè)計。采用Altera公司的FPGA大規(guī)模集成電路芯片，通過使用SOPC（System on Programmable Chip,簡稱為可編程片上系統(tǒng)）技術(shù)（即用大規(guī)?？删幊唐骷腇PGA來實現(xiàn)SOC的功能）來實現(xiàn)所有的測試需求。Altera公司的Quartus II和Nios II EDS開發(fā)工具能快速地設(shè)計并實現(xiàn)測試平臺的功能。

1 測試平臺的設(shè)計

1.1 組成及功能

測試平臺由一塊測試板、兩個5V直流電源模塊、一個外置示波器、一個測試機(jī)柜和一塊測試伺服控制板的面板等組成。其組成框圖如下圖1示。測試平臺的基本功能是能測試伺服控制板、無源控制板、綜合信息管理板、定時增益板、A（A頻段）信號轉(zhuǎn)接盒Ⅰ、Ⅱ、B（B頻段）信號轉(zhuǎn)接盒的數(shù)字接口部分。

圖1 測試平臺組成框圖

1.2 工作過程

測試機(jī)柜從標(biāo)準(zhǔn)市電取電，轉(zhuǎn)換為兩路5V直流，一路提供給測試板，一路提供給綜合信息管理板、定時增益板、無源控制板、伺服控制板，A信號轉(zhuǎn)接盒Ⅰ、Ⅱ、B信號轉(zhuǎn)接盒從測試板取電。測試板上的插座與機(jī)柜插座通過電纜連接，這樣的設(shè)計保證綜合信息管理板、定時增益板、無源控制板、伺服控制板、A信號轉(zhuǎn)接盒Ⅰ、A信號轉(zhuǎn)接盒Ⅱ、B信號轉(zhuǎn)接盒既可以在機(jī)柜上進(jìn)行測試，也可以在測試板上單獨進(jìn)行測試。測試板通過串口與計算機(jī)連接。計算機(jī)通過串口調(diào)試助手發(fā)送不同的報文給測試板，測試板收到報文之后，提取部分內(nèi)容重新打包后轉(zhuǎn)發(fā)給被測設(shè)備，沒有轉(zhuǎn)發(fā)的報文則用于產(chǎn)生被測設(shè)備所需的各類控制信號。這些控制信號一部分通過210芯插座傳輸給綜合信息管理板，一部分則通過光纖傳輸。將測試板與被測設(shè)備插入對應(yīng)的接口后，連接好光纖電纜，然后打開電源，即可以開始對綜合信息管理板進(jìn)行指標(biāo)測試。

1.3 測試板設(shè)計

整合所有被測件的接口，設(shè)計的測試板包含一塊FPGA芯片、收發(fā)各一路的光電轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送編碼芯片一塊，數(shù)據(jù)接收解碼芯片一塊，電平轉(zhuǎn)換及驅(qū)動芯片（MAX3033、MAX3094、MAX9124、MAX9125）若干片，210芯插座五個，CPLD芯片一片，串行FLASH芯片五片。測試板電路原理框圖如圖2所示：

圖2 測試板電路原理框圖

（1）元器件設(shè)計

FPGA芯片采用ALTERA公司的EP2C70F672I8，此型號芯片性能穩(wěn)定可靠，外圍電路復(fù)雜程度合適，引腳分布均勻，適用于多層板的設(shè)計，用戶可控的I/O數(shù)量也滿足測試板的設(shè)計要求。主要用于完成各種通訊模擬功能及模擬綜合信息管理板、定時增益板、無源控制板、伺服控制板、A信號轉(zhuǎn)接盒Ⅰ、A信號轉(zhuǎn)接盒Ⅱ、B信號轉(zhuǎn)接盒所需的各類輸入信號。

光電轉(zhuǎn)換模塊采用武漢電信公司的RXTM134-408，數(shù)據(jù)發(fā)送編碼芯片采用安捷倫公司的HDMP-1032AG，數(shù)據(jù)接收解碼芯片采用安捷倫公司的HDMP-1034AG,芯片所采用電路在被測件研制過程中都已經(jīng)得到驗證，屬于可靠成熟技術(shù)。用于輸入輸出測試無源控制板的通訊信號。

電平驅(qū)動轉(zhuǎn)換芯片采用MAXIM公司的系列產(chǎn)品，可以實現(xiàn)各種電平之間的轉(zhuǎn)換，其中包括：MAX3033(TTL轉(zhuǎn)RS485)、MAX3094(RS485轉(zhuǎn)TTL)、MAX9124(TTL轉(zhuǎn)LVDS)、MAX9125(LVDS轉(zhuǎn)TTL)。用于各被測件的測試信號的電平驅(qū)動轉(zhuǎn)換。

210芯插座與綜合信息管理板、定時增益板、無源控制板、伺服控制板上的210插頭相匹配。面板上的DC37SJ連接器與A信號轉(zhuǎn)接盒Ⅰ、A信號轉(zhuǎn)接盒Ⅱ、B信號轉(zhuǎn)接盒的連接器相匹配。

CPLD采用ALTERA公司的EPM240芯片，用于控制切換程序。

串行FLASH采用ST公司的M25PV64芯片。用于存儲不同的測試程序。

（2）程序切換設(shè)計

由于測試板兼顧測試多塊插件的任務(wù)，所以需要在相同的硬件上實現(xiàn)多套不同的程序。使用指撥開關(guān)作為程序燒寫與加載的地址信號，該地址信號作為CPLD的使能輸入端控制程序燒寫與加載的輸出端，輸出到對應(yīng)的串行FLASH上。每次程序燒寫時，撥動對應(yīng)的開關(guān)，使能其中的一片串行FLASH；而程序加載時，將開關(guān)撥到與燒寫時相同的狀態(tài)，則可載入對應(yīng)的程序至FPGA。需要燒寫不同的程序時，只需要將開關(guān)撥到對應(yīng)的地址即可，操作十分簡便。

1.4 面板設(shè)計

為滿足測試結(jié)果狀態(tài)指示簡單明確和被測件能直接連接于測試平臺上的要求，面板設(shè)計時綜合考慮各被測件的測試需求，設(shè)計了十二個狀態(tài)指示燈、一個DE9串口（可連接計算機(jī)串口用做通訊串口），一個50芯和一個40芯的排針母座測試孔（可用示波器檢測所有TTL信號）。一對光纖收發(fā)模塊RTX134-408（連接無源控制板的光纖接口，用于其通訊測試）。

1.5 機(jī)柜設(shè)計

在驗收交付時，各被測件與測試板對應(yīng)的接口相連進(jìn)行測試，其基本工作原理與用測試板直接調(diào)試是完全相同的，但是機(jī)柜可以很好的解決被測件反復(fù)插入測試板時造成的測試板變形問題，延長測試板的使用壽命。機(jī)柜側(cè)面與背面設(shè)計成可以打開的狀態(tài)，有利于測試過程中對部分時序信號的測量。機(jī)柜的電源輸入為220V，后面安裝有通用的三芯電源插座板，為電源模塊提供電源輸入。電源模塊選用時充分考慮測試平臺工作時的峰值電流，留有足夠的余量，并有漏電、過載、過壓、過流等保護(hù)功能。

2 驗證

設(shè)計完成后將每種被測件分別單獨連接于測試平臺上，根據(jù)其測試需求，一一對指標(biāo)進(jìn)行測試，包括通訊功能、時序信號及通道等，結(jié)果滿足要求。

3 結(jié)束語

本文所設(shè)計的一種雷達(dá)通用控制板測試平臺采用CPLD和FPGA嵌入式處理技術(shù)，實現(xiàn)了多種控制板的測試環(huán)境，解決了雷達(dá)測試平臺種類繁多的問題，有效的降低了硬件成本和資源的耗費。簡化了設(shè)計、生產(chǎn)和管理的工序。

[1]潘松,黃繼業(yè),等.SOPC技術(shù)使用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

[2]彭澄廉,等.挑戰(zhàn)SOC——基于NIOS的SOPC設(shè)計與實踐[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[3]Altera Corp.Nios II Processor Reference Handbook.Altera,2005.

[4](英)布朗(Brown.M.)著,徐德鴻等譯.開關(guān)電源設(shè)計指南.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.