便携式无线电监测设备项目方案105

1、便携式无线电监测设备项目方案讨论初样便携式无线电监测设备 存在的问题回顾和总结； 目前已调试出来的指标和客户要求指标的对比； 需要定义各个功能模块的位置，尺寸，模块之间的通信接口等； 背板总线结构； 电源需求； 各个模块的测试和校准需求，整机校准和指标测试需求，是否需要测试系统（ATE）支持； 软件需求，包括外部接口和便携式无线电监测设备通信时的需求，以及模拟部分对软件的需求。 合理的时间节点计划制定，软硬件配合时间点。便携式无线电监测设备项目方案1.0前言便携式无线电监测设备是基于SPI总线背板的、3U的模块化接收机，频段针对超短波（即20MHz至3000MHz），便携式无线电监测设备是为成

2、都博锐思公司开发。便携式无线电监测设备项目是BRS按照XXXX小型化监测测向系统要求研制的超短波接收机，该接收机由以下部分组成：数字部分中频板：单槽宽，采用BRS6630方案，即BRS6630 2.0控制板：单槽宽，采用FCI板时统板：基于XXXX600项目的时统板改造，统一按自定义子板设计，自定义接口参考BRS6409，自定义结构待定，可用于3U和6U的载板及其机箱和便携式项目的中频板，载板除了支持PCI接口外，还支持SPI串口（不需要同时支持），用于便携式无线电监测设备时，载板需内置GPS模块（XXXX提供），是否支持北斗时间信号输入，GPS天线干扰问题待定。背 板：采用SPI总线背板，电

3、源供电通过背板进行，连接器采用CPCI背板的连接器，结构参考CPCI背板计算机板：用于显示和键控，中频板通过网口或SPI口与计算机板通信，计算机板要求提供2个网口，均通过背板J2提供。便携式无线电监测设备项目的计算机模块是可装或不装的 安装计算机模块时 计算机可以通过网口或SPI口与中频处理板通信 为此需要把CPCI（J1）口转为SPI（中频处理板为从板） 方案采用FPGA实现 该接口转接电路安装在背板上 这部分电路原理设计由XXXX负责。射频部分本振模块：双槽宽，提供1、2、3本振频率，内置功分器（1、2、3本振各功分3路），提供SPI控制接口和外部参考频率源输入口。射频模块：双槽宽，提供信

4、号预选、下混频、中频滤波（最大20M，最小30K）、AGC和MGC可选，SPI控制接口信号源模块：双槽宽，提供校准信号源和调制信号源、输出开关，采用现有的在研信号源模块，SPI控制接口其它部分监测测向软件：在计算机上运行的应用软件，XXXX负责测试软件：在计算机上运行的测试软件，XXXX负责电源模块：提供接收机内部各部件电源，如射频模块、中频板卡、电子开关及测向天线等，外协给周工负责机箱和其它结构：XXXX负责（含环境适应性和连接器等），参考另文便携式无线电监测设备项目结构。总体方案l 背板设计l 可测试性设计：调试时TPS（关键点信号波形或JTAG测试口）和使用时自检（板级故障测试、板内功能

5、单元的故障测试）l 接地系统设计l （理论上和工程上）干扰信号的统计和处理l 环境适应性：低功耗、振动和冲击（特别是对晶振、锁相环等电路和连接器）、高低温、电磁兼容性、安全规范要求组成原理模块安装参考结构图可选电子硬盘显示器控制按键LAN口1计算机板PCISPIFPGALAN口2时统子板子背板信号源控制板控制板SPI预留中频板SPI信号源板自定义接口SPISPI本控板IFSPI23混频板本振板项目和整机的代号：YT200板卡代号中频板：6631本振模块本控板：LOC本振板：LO混频模块预选1混频：1MIXER23混频（含AGC）：23MIXER控制板：FCIIFSPIIFSPI预选1混频预选1

6、混频预选1混频板射频部分直流电源数字部分直流电源23混频板23混频板板级设计要求本项目从整机到各个组成模块（板）均需要进行ICD文件设计，并通过评审后进入正式的详细设计。ICD文件（即接口控制文件）内容包括：l 各个板子的功能和指标的详细定义l 各个板子之间的接口详细定义、电气性能详细定义l 各个板子的控制详细要求l 各个板子的驱动软件详细要求和流程图l 各个板上的测试口或测试点的详细定义l 各个板子的结构详细定义和连接器选型所有器件和连接器等均应采用工业级器件。中频板1路或4路中频信号采集和数字信号处理IF：21.4MHzBW：20MHzADC：14bit 100MHz数字信号处理频率扫描扫

7、描步长：600Hz（短波）/12.5KHz/25KHz/100KHz扫描速度：>3GHz/s（扫描步长25kHz）解调信号：AM、FM、SSB、CW调制识别：AM、FM、DSB、USB、LSB、CW、 BPSK、QPSK 、2FSK、4FSK、4PSK、8PSK、8FSK、16QAM滤波器带宽：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个IF口、1个外时钟、1个触发I/O（来自于背板连接器）8路SPI口结构：3U单槽宽、CPCI板结构工作温度：-40+

8、65l 控制射频前端的信号线应考虑不要交错、防止干扰、匹配处理、时序、信号完整性、驱动能力等因素，防止在快速工作时出线控制不稳定问题。l 前端模拟输入电路、DC/DC电源电路、晶振电路、FPGA和DSP电路等都需要考虑分别进行电磁屏蔽。l 为提高小信号动态范围，ADC前端注入白噪声信号。l 中频板与计算机通信可以通过网口 和 SPI口这两种方式实现通信。A、输入信号描述输入信号中频：70M/21.4M，交流耦合，50输入最大模拟带宽：20MHz（射频部分应提供20M,3M,300K,30K，矩形系数3dB：60dB<1:2.5，带内平坦度最好优于2dB，阻带最大抑制：>80dBc，

9、阻抗50欧，滤波器档供中频选择）输入信号功率：-60+10dBm输入采样时钟：100MHz/正弦波/>+5dBm/50，相噪优于-125dBc1K输入信号/时钟连接器：SMA输入驻波: <1.5输入假信号功率：<-75dBmB、输出控制信号描述控制信号：8个SPI（每个SPI为：nCS，SCLK, SDI, SDO，均为3.3V-LVTTL电平）,数字中频板对nCS，SCLK, SDO做驱动，要求各从设备对SDI做74LV245的驱动，各模块的输出信号必须锁存；注：上图的阻容值还未经过精确计算，但拓扑结构不变。上图为J1的定义。其中nINTA_IN是各从设备给中频模块的中断线

10、，各从模块应该是OC门驱动，实现线与的功能；上图为J2的定义。时统子板时统子板安装于控制板上，对应的提供P1、P2连接器，其中P1定义如下：说明：对于时统板，SPI_nCS，SPI_SCK，SPI_SDI，SPI_nRST是输入信号，SpiSdo是输出信号；P2定义如下：说明：对于时统板SPI_O_nCS，SPI_O_SCLK，SPI_O_SDO，SPI_O_nRSET是输出信号，SPI_I_SDI是输入信号；背板便携式无线电监测设备将提供A型不含计算机背板和B型含计算机背板背板组成如下图所示：射频部分数字部分网口连接：GPIO：数字部分电源：射频部分电源：点到点的SPI信号线：用于时统和同步

11、的触发信号线：CPU板和接口控制板通过PCI控制：a、选装CPU板时，接口控制板内置PCI转SPI桥，实现CPU板控制其它板子，这时中频板和 接口控制板的SPI接口主从控制需要交换。b、中频板J2连接器的C17-LAN_LINK，用于机箱面板的工作指示灯；接法：5V->LED->LAN_LINKc、中频板J1连接器的D6(TimeSysClk)与时统板的J1连接器的D6(TimeSysClk)应连在一起；e、SPI_RST#信号有中频板J1连接器的C5提供，但背板上需要放置一个1K的上拉电阻（上拉到3.3V）；另外：1、CPU板是可选模块，安装CPU板时，CPU板与外部的网络通信定

12、义到前面板；不安装CPU板时，中频板与外部的网络通信定义到J4；2、J4上要定义一个-5V(500mA)；3、J3,J4在PCB绘制时，要把每个信号的定义都丝印出来数字部分电源：+3.3V、+5V、+12V、-12V【定义参照CPCI J1】射频部分电源：+3.3V、+5V、-5V、+12V、-12V、+24V【定义参照CPCI J1】从左至右分别编号：1槽、2槽直到8槽，1槽固定安装计算机模块，2槽固定安装接口控制板（含时统子板），3槽固定安装中频板，其它各个槽分别安装本振、射频、信号源等模块。背板基于SPI规范改造，采用点到点SPI通信，要求支持数据双向通信、触发、时统、并行同步性等。数字

13、电源和模拟电源分开供电电源线与信号线分开布线背板上的电源针脚：满足瞬态上电冲击要求背板应考虑：信号完整性、电磁兼容性、结构坚固性数字地和模拟地的处理：数字地和模拟地分开，是否需要共地在投板前确定铺地处理：定位孔均和地相通，尽量增大与机壳接通的面积和点，PCB铺地和定位孔与机壳接触部分，均不覆盖绿油等绝缘面。背板连接器未用针脚的处理：接地、标注NC为降低背板数据线引起的干扰，数据通信时可控制数据线正常工作，不做数据通信时可控制不发时钟，使数据线等处于低电平或通过下拉电阻接地等状态。1. 背板连接器各槽定义请总体根据现有模块情况给出；2. 背板与机箱外部信号接口定义如下：16个GPIORS232口

14、LAN口+5V DC+12V DC工作指示灯电源指示灯连接器1：陕西华达科技公司的J14A系列矩形连接器J14A-51ZJB 具体定义可根据PCB设计调整信号连接器PIN连接器PIN信号连接器PIN信号12 V1212 V39GND5 V345 V40GND56输出I/O41输出I/O78GND42电源指示LED（低电平有效）输出I/O910输出I/O43GND1112输出I/O44输出I/O1314GND 45GND 输出I/O1516输出I/O46RS232 TXGND1718输出I/O47RS232 RX输出I/O1920GND48GND输出I/O2122输出I/O49GND 2324输

15、出I/O50输出I/O2526GND51GND输出I/O2728GND输出I/O2930RS232 TXGND 3132RS232 RXLANRXD_P3334GNDLANRXD_N3536LANTXD_P工作指示LED灯（网口工作指示灯）3738LANTXD_N其中，LAN口可选来自于计算机模块的网口，也可以选来自于中频模块的网口连接器2：陕西华达科技公司的J14A系列矩形连接器J14A-38ZJB 3. 背板与电源模块安装方式电源作为独立模块安装在背板和机箱后面之间，电源通过软线缆与背板连接，连接器采用ATX电源连接器（是否需要考虑屏蔽？）。4. 要求数字电源与射频电源分开，电源模块参考电

16、源部分方案5. 数字模块有J1和J26. 射频部分的模块去掉J2，将J1作为SPI总线和射频电源入口7背板上放置足够的退耦电容8. 背板插拔不考虑支持带电插拔模块结构便携式无线电监测设备背板讨论1. 中频模块J2输出的音频接口在方案中未定义输出？回答：取消J2音频接口 到 背板连接器 到 机箱面板2. 时统模块的输入信号定义在J2，但方案中未规定输入接口？回答：机箱面板 到 背板连接器 到 时统模块槽J23. 初步考虑背板各槽划分为三种类型1) 中频模块：P1、P2的定义按照现方案中相关内容执行2) 时统模块和控制模块：时统模块的P2按照现方案中相关内容执行；控制模块为空；时统模块和控制模块的

17、P1的电源和地的定义与CPCI规范保持一致，SPI接口定义和射频模块的SPI接口定义保持一致，选用CPCI规范中的JTAG接口定义（JTAG signals: TDO TDI TCK TMS TRST#）作为各模块的SPI接口定义（如下图所示）数据IO方向相对于本模块定义（注意背板设计时需要进行数据线交换对接，即TDO接TDI、TDI接TDO）：TDO 对应SDOTDI对应SDITCK对应SCLKTMS对应CSTRST#对应Reset射频区域的J1需要增加-5V和+24V定义：考虑到模块布线的方便，A5定义为-5V，B5定义为+24V3) 射频模块：去掉P2；P1上半部分作为射频电源入口；P1

18、下半部分作为时统信号、SPI信号入口（SPI信号定义和时统模块及控制模块保持一致）4建议将背板电源连接器移至右边，这样便于数字电源和射频电源分区走线，并避免射频电源走线跨越数字电路。5背板厚度3.2mm，8层板，叠层顺序：GND、SIG1、GND、PWR1、PWR2、GND、SIG2、GND6背板PCB各层四周35mm覆地铜，并用过孔连接，表层不涂覆阻焊绿油，保持与机箱的良好接触；PCB四周打邮票孔，并切掉一半，从而使得整个PCB类似于一个接地腔体。这种结构不建议区分数字地和模拟地，而是区分射频部分和数字部分的布线区域。本振板和混频板目前已调试出来的指标和项目要求指标的对比序号指标设备指标交付

19、达到设备指标初样达到1频率范围20MHz3GHz（可扩展至8G）20MHz3GHz2频率分辨率1Hz3频率准确度1×10-7 1×10-7 4调谐时间根据实际情况分段一个指标，全频段1个指标。5相位噪声-103dBc/Hz（10kHz偏移）956输入电平-137dBm-+0dBm-137dBm-+0dBm7最大不损坏电平30dBm30dbm8振荡器再辐射-103dBm9镜频抑制90dB10中频抑制90dB11内部伪信号-103dBm12二阶截点50dBm（低失真模式） 45dBm（正常模式）13三阶截点20dBm（低失真模式） 15dBm（正常模式）14噪声系数低噪声模式1

20、3dB，典型值12dB正常模式：18dB，f=20M3GHz15中频频率21.4MHz或70MHz21.4MHz或70MHz16最大中频带宽20M20M172dB中频带宽20MHz3MHz300KHz30KHz20MHz3MHz300KHz30KHz18矩形系数2.519增益控制AGC/MGC 130dBAGC/MGC 95dB20链路增益（射频+中频）自己提，然后讨论,MGC情况下射频、中频衰减自己提，然后讨论,MGC情况下灵敏度AM：6KHz带宽，10dB信噪比fmod=1KHz，m=0.520M3G -104dBmFM: 15KHz带宽，20dB信噪比fmod=1KHz，偏移=5KHz2

21、0M3G -102dBm动态测量范围110dB110dB系统指标：频率扫描速率>3GHz/s本振板功分电路背板J1本振板本控板+5V DC+12V DC-12V DC+20V DC123本振电路电源电路CPLD控制电路参考信号源控制电路背板接口SPI板间互联SPISPI控制电路信号源方案SPI控制电路6620方案结构参考结构方案采用上海恒率电源定电压输出模块+QPO滤波模块DC/DC模块要单独用一个电源地，与PCB整地用一个磁珠连接。混频板背板J123混频电路预选电路AGC控制电路1混频电路板间互联自定义IO控制背板接口SPISPI控制电路6409方案结构参考结构方案l 本振控制板由XX

22、XX负责l 本振板、混频板的SPI控制电路由XXXX负责l 混频板的AGC控制需求由XXXX负责、AGC控制电路由XXXX负责l 为解决AGC电路及其因时钟产生的干扰问题，时钟波形类似正弦波，不用的管脚按吸收方式处理。l 电源均需要进行二次隔离、去耦等处理l 腔体结构考虑腔体效应问题、电磁屏蔽橡胶条、减少腔体内部隔断的通孔信号源板3U 、双槽宽的CPCI模块的标准结构背板接口：P1背板控制：SPI电源供电：+12V DC、-12V DC、+24V DC控制电路：ALTERA CPLD EPM240T100I5（工业级）频率特性频率范围：9kHz3GHz频率分辨率：3Hz（载频<10MHz

23、时频率分辨率优化至1Hz）频率稳定度：±1ppm（采用稳定度为0.5×10E-7的晶振）参考输出：0.35Vrms电平特性输出电平范围：-127dBm10dBm（-120dBm以下不做指标考核）电平准确度：±1.5dB（POWER<-100dBm）±1.0dB（POWER>-100dBm）输出接口具备关断功能频谱纯度SSB相位噪声：-110dBc/Hz 偏移20kHz（500MHz典型值）-100dBc/Hz 偏移20kHz (1GHz典型值）-94dBc/Hz 偏移20kHz（>1GHz典型值）谐波：-30dBc非谐波：-80dBc1

24、0kHz偏移>10kHz，载频<1GHz（典型值）-60dBc10kHz 其它频率：偏移>10kHzFM调制速率：20Hz80kHz最大频偏：100kHzFM误差：5%标称值调制输入：内部，外部ACAM调制速率：20Hz20kHz范围：0100%AM误差：5%标称值±1%调制输入：内部，外部AC脉冲调制通断比：80dB上升时间：150ns调制输入：内部，外部其他要求程控接口：SPI、串口RS232与RS485供电:±12V +24V（纹波2%输出电压）总功耗：35W(暂定)体积结构：100mm（H）×160mm（W）×40.64mm（D

25、）（PCB与腔体组成的模块）输出接口：射频信号输出连接器：SMA-K外部参考时钟输入：10MHz内部参考时钟输出：10MHz参考时钟连接器：SMA-K环境适应性（与整机一起检验）工作温度：-1050储存温度：-4070振动：正弦555Hz，随机10500Hz（符合GJB 3947-2000 3类设备要求）冲击：30g（符合GJB 3947-2000 3类设备要求）注：环境适应性检验时间不含在研制阶段内。直流电源符合：CPCI Power规范 即可安装于背板上使用也可以独立安装使用输入：+24V DC（最高输入32V，最低20V）数字输出与总负载电流及其纹波：l +3.3V DC3A负载稳定度和

26、纹波峰峰值不超过1%l +5V DC3A负载稳定度和纹波峰峰值不超过1%l +12V DC3A负载稳定度和纹波峰峰值不超过1%l -12V DC2A负载稳定度和纹波峰峰值不超过1%模拟输出与总负载电流及其纹波：l +5V DC8A负载稳定度和纹波峰峰值不超过1%l -5V DC1A负载稳定度和纹波峰峰值不超过1%l +12V DC4A负载稳定度和纹波峰峰值不超过1%l -12V DC1A负载稳定度和纹波峰峰值不超过1%l +24V DC0.2A负载稳定度和纹波峰峰值不超过1%效率：>85%（负载60%以上）参考：便携式无线电监测设备初样1.0功耗测试模块板（即电源负载）+5V DC+3.3 DC-5VDC+12VDC-12V DC+24VDC功耗W备注射频部分信号源000700mA90mA30mA混频板1.1A060mA80mA007按