一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡的制作方法

1.本实用新型涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡。


背景技术：

2.卫星导航模拟器最早是在gps卫星系统建立初期就开始研发，gnss卫星信号模拟器要实现对多系统卫星信号的模拟，对信号一致性、稳定性、互操作性和实时性要求较高，要求的通信带宽也越来越宽、传输速率也越来越高、实时处理性能的要求也更高，现有的单独的信号生成板卡已经不能满足多系统卫星信号的模拟，对于庞大的数据处理需要花费大量的时间，传统的并行总线架构已经不能够满足测试对总线带宽、系统实时性等方面的需求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡，提高数据处理速率，提高系统的传输带宽和稳定性。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡，包括背板、vpx连接器子模块、fpga控制子模块、网口/串口子模块、d/a数模转换子模块、信号放大以及功率调节子模块、时钟子模块、电源子模块和下载子模块；
5.所述vpx连接器子模块和所述背板连接，所述fpga控制子模块和所述背板连接，所述网口/串口子模块和所述fpga控制子模块连接，所述d/a数模转换子模块和所述fpga控制子模块连接，所述信号放大以及功率调节子模块和所述d/a数模转换子模块连接，所述时钟子模块和所述fpga控制子模块连接，所述电源子模块分别与所述网口/串口子模块、所述时钟子模块、所述fpga控制子模块连接，所述下载子模块和所述fpga控制子模块连接。
6.其中，所述vpx连接器子模块包括第一连接器、第二连接器和第三连接器；
7.所述第一连接器、所述第二连接器和所述第三连接器分别与所述背板连接。
8.其中，所述时钟子模块包括10m单端时钟和125m差分时钟。
9.本实用新型的一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡，采用第一连接器、第二连接器和第三连接器，第一连接器连接电源、10mhz单端系统时钟、125mhz差分参考时钟、发送同步复位信号以及同步触发信号；第二连接器用来实现gnss卫星数字中频数据的传输以及接口的扩展，第三连接器用来与实现上位机数据的实时显示和操作，连接器之间连接紧密，插入损耗小和误码率低，适应恶劣环境的能力强，每个连接器分工合作，高效传输数据；板间采用串行rapidio(srio)数据通讯，与vpx总线相结合，提高系统的传输带宽和稳定性，可以很好的适应各种场合的数据处理需求，非常适用于板到板间的通信场景，结构简单，利于实现，采用小数据包传输，数据的实时性更好；板卡搭载fpga芯片，控制gnss信号生成子板卡的同步复位和同步触发，接收各gnss信号生成子板卡的数字卫星中频信号，并对各系统gnss信号进行信号同步，最终对数字gnss卫星中频信号进行输出；信号输出端实现
数模转换，将fpga输出的数字中频信号转化为模拟信号，并对其进行放大处理，在信号输出前端加入了可调电位器，硬件上调节gnss模拟卫星中频信号的输出功率，简化软件控制；本技术通过对信号输出主板卡的逻辑设计，不仅实现了gnss卫星信号生成子板卡的同步触发、复位，而且实现卫星信号的信号生成同步，提升仿真信号的准确度。
附图说明
10.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
11.图1是本实用新型的整体的结构示意图。
12.图2是本实用新型的fpga控制子模块的部分电路图。
13.图3是本实用新型的fpga控制子模块的另一部分电路图。
14.图4是本实用新型的vpx连接器子模块的部分电路图。
15.图5是本实用新型的vpx连接器子模块的另一部分电路图。
16.图6是本实用新型的电源子模块的电路图。
17.图7是本实用新型的时钟子模块的部分电路图。
18.图8是本实用新型的时钟子模块的另一部分电路图。
19.图9是本实用新型的信号放大以及功率调节子模块的部分电路图。
20.图10是本实用新型的信号放大以及功率调节子模块的另一部分电路图。
21.1-背板、2-vpx连接器子模块、3-fpga控制子模块、4-网口/串口子模块、5-d/a数模转换子模块、6-信号放大以及功率调节子模块、7-时钟子模块、8-电源子模块、9-下载子模块、10-第一连接器、11-第二连接器、12-第三连接器。
具体实施方式
22.请参阅图1-图10，其中，图1是本实用新型的整体的结构示意图，图2是本实用新型的fpga控制子模块的部分电路图，图3是本实用新型的fpga控制子模块的另一部分电路图，图4是本实用新型的vpx连接器子模块的部分电路图，图5是本实用新型的vpx连接器子模块的另一部分电路图，图6是本实用新型的电源子模块的电路图，图7是本实用新型的时钟子模块的部分电路图，图8是本实用新型的时钟子模块的另一部分电路图，图9是本实用新型的信号放大以及功率调节子模块的部分电路图，图10是本实用新型的信号放大以及功率调节子模块的另一部分电路图。
23.本实用新型提供一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡，包括背板1、vpx连接器子模块2、fpga控制子模块3、网口/串口子模块4、d/a数模转换子模块5、信号放大以及功率调节子模块6、时钟子模块7、电源子模块8和下载子模块9；所述vpx连接器子模块2包括第一连接器10、第二连接器11和第三连接器12；通过前述方案能够提高数据处理速率，提高系统的传输带宽和稳定性。
24.针对本具体实施方式，所述vpx连接器子模块2和所述背板1连接，所述fpga控制子模块3和所述背板1连接，所述网口/串口子模块4和所述fpga控制子模块3连接，所述d/a数模转换子模块5和所述fpga控制子模块3连接，所述信号放大以及功率调节子模块6和所述d/a数模转换子模块5连接，所述时钟子模块7和所述fpga控制子模块3连接，所述电源子模
块8分别与所述网口/串口子模块4、所述时钟子模块7、所述fpga控制子模块3连接，所述下载子模块9和所述fpga控制子模块3连接。所述第一连接器10、所述第二连接器11和所述第三连接器12分别与所述背板1连接。
25.vpx连接器子模块2使用第一连接器10、第二连接器11和第三连接器12实现与背板1的互联，其中第一连接器10选用泰科电子的1410189-3，用来连接电源、10m单端系统时钟、125m差分参考时钟、发送同步复位信号以及同步触发信号；第二连接器11和p2均选用泰科电子的1410187-3连接器，其中第二连接器11用来实现gnss卫星中频数据的传输以及接口的扩展，第三连接器12用来与gnss信号生成子板卡实现上位机数据的交互。网口/串口子模块4用来实现gnss信号生成主板卡与上位机之间的数据下发和回传。
26.fpga控制子模块3用来控制gnss信号生成子板卡的同步复位和同步触发，通过rapidio接口协议接收各gnss信号生成子板卡的数字卫星中频信号，并对各系统、各频点gnss信号进行信号同步，最终对数字gnss卫星中频信号进行自定义输出；fpga控制子模块3采用采用altera公司cycloneivgx系列的ep4cfx150df2717n芯片，具备8对最大传输速率为3.125gbps的高速串行收发器，可以完全满足该控制板卡的串行rapidio接口功能设计需求，如图2所示，该芯片支持多种配置方式，这里选用jtag接口来对ep4cgx150df2717n进行配置，进而实现对fpga模块的在线调试和离线文件烧录，jtag配置方式可以支持.sof和.jic两种文件的下载，其中.sof为在线仿真文件，.jic文件为.sof转化而来的离线烧录文件，在进行在使用jtag下载.jic文件时，会将离线配置文件下载到板载的epcs64si16n芯片，此后fpga每次进行上电时，会把epcs64si16n的数据读入到目标fpga中，完成fpga的配置。
27.d/a数模转换子模块5用来完成fpga子模块所输出的数字gnss卫星中频信号的数模转换，得到模拟gnss数字卫星中频信号。信号放大以及功率调节子模块6负责对转换后的信号进行放大处理，为了便于对gnss模拟卫星中频信号的输出功率进行调节，在信号输出前端加入了可调电位器。
28.时钟子模块7包含10m单端时钟和125m差分时钟，对其进行压控和稳频，进一步提高时钟的稳定度和精度，向各个功能模块提供工作时钟。时钟子模块7分为10mhz时钟电路设计和125mhz差分时钟设计，如图5所示，对于10mhz单端时钟的设计，板卡中采用koh36d恒温晶体振荡器来进行设计，并在后级加入了idt公司设计的idt49fct型时钟分路芯片，该芯片具有极低的占空比失真和可靠的时钟偏斜特性，适用于高速时钟的分路设计。选用sg3225van有源差分晶振进行125mhz差分时钟设计，相对于无源晶振而言，有源晶振具有更好的稳定性和时钟精度，更符合性能要求较高的系统设计。
29.电源子模块8为网口/串口子模块4、d/a数模转换子模块5、时钟子模块7以及fpga控制子模块3的内核和外围io等提供所需要的1.2v、2.5、3.3v电压；电源子模块8采用5v供电，fpga的供电设计主要分为四组，即内核供电、i/o单元供电、高速串行收发器供电以及锁相环模拟电路供电，且对电源要求比较高，因此板内需要利用ti公司设计的dc-dc电源芯片lmz10504tzadj对输入的直流5v电源进行处理，不仅可以得到更大的输出电流，同时也可以获得更高的电路转换效率，为了有效减少电源电路中输入和输出端口的电压纹波和电路开关噪声，在该电路的输入端和输出端均配置了lc滤波电路，保证电源转换电路的稳定性，另外，在ep4cgx150df2717n器件中，其内部锁相环电路需要分为数字和模拟两部分进行供电，
数字部分的供电电压为1.2v，可以直接和内核共用1.2v电源；模拟部分需要2.5v供电，对电源稳定性要求较高，在设计中采用增加滤波电路的方式来抑制2.5v电源上的尖峰干扰和静电脉冲，电路设计如图4所示。
30.下载子模块9用来完成对fpga芯片的在线文件和离线文件的烧录。
31.在进行gnss卫星信号的模拟时，由于需要上位机下发初始仿真参数以及实时回传模拟结果，因此这里设计以太网和uart串口两种接口来实现上位机到fpga控制子模块3的通信，以太网灵活的互联特性和强大的数据传输能力可以选择用来实时回传模拟器结果，控制板卡选择采用realtek公司设计的rtl8201cp-vd-lf型芯片进行以太网接口的设计，rtl8201cp-vd-lf与网口之间通过网络变压器hr911105a_c12074进行连接，采用该网络变压器可以对以太网通信链路起到阻抗匹配、高电压隔离以及信号杂波抑制的作用。uart是一种串行接口标准，凭借发送线、接收线和地线三条线就可以实现短距离的全双工通信，本板卡中设计两路uart串口设计，作为下发初始仿真参数的一种方式。
32.控制板卡作为多路gnss信号的输出端和控制端，其必须有着强大的数模转换、信号放大以及功率调节的功能，电路设计如图6所示，在本模块中，采用adi公司的ad9742芯片来实现数模转换功能，为了对转换后的信号进行放大处理，本设计在ad9742后级加入了一片adi公司的低噪放大芯片ad8061，该芯片具备良好的输出特性，可以达到650v/μs的转换速率，且相位误差可以控制在0.04％以内，最后为了便于对gnss模拟卫星中频信号的输出功率进行调节，在信号输出前端加入了可调电位器，在硬件上实现了功率可调。
33.本技术的一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡，采用第一连接器10、第二连接器11和第三连接器12，第一连接器10连接电源、10mhz单端系统时钟、125mhz差分参考时钟、发送同步复位信号以及同步触发信号；第二连接器11用来实现gnss卫星数字中频数据的传输以及接口的扩展，第三连接器12用来与实现上位机数据的实时显示和操作，连接器之间连接紧密，插入损耗小和误码率低，适应恶劣环境的能力强，每个连接器分工合作，高效传输数据；板间采用串行rapidio(srio)数据通讯，与vpx总线相结合，提高系统的传输带宽和稳定性，可以很好的适应各种场合的数据处理需求，非常适用于板到板间的通信场景，结构简单，利于实现，采用小数据包传输，数据的实时性更好；板卡搭载fpga芯片，控制gnss信号生成子板卡的同步复位和同步触发，接收各gnss信号生成子板卡的数字卫星中频信号，并对各系统gnss信号进行信号同步，最终对数字gnss卫星中频信号进行输出；信号输出端实现数模转换，将fpga输出的数字中频信号转化为模拟信号，并对其进行放大处理，在信号输出前端加入了可调电位器，硬件上调节gnss模拟卫星中频信号的输出功率，简化软件控制；本技术通过对信号输出主板卡的逻辑设计，不仅实现了gnss卫星信号生成子板卡的同步触发、复位，而且实现卫星信号的信号生成同步，提升仿真信号的准确度。
34.以上所揭露的仅为本技术一种或多种较佳实施例而已，不能以此来限定本技术之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本技术权利要求所作的等同变化，仍属于本技术所涵盖的范围。

技术特征：
1.一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡，其特征在于，包括背板、vpx连接器子模块、fpga控制子模块、网口/串口子模块、d/a数模转换子模块、信号放大以及功率调节子模块、时钟子模块、电源子模块和下载子模块；所述vpx连接器子模块和所述背板连接，所述fpga控制子模块和所述背板连接，所述网口/串口子模块和所述fpga控制子模块连接，所述d/a数模转换子模块和所述fpga控制子模块连接，所述信号放大以及功率调节子模块和所述d/a数模转换子模块连接，所述时钟子模块和所述fpga控制子模块连接，所述电源子模块分别与所述网口/串口子模块、所述时钟子模块、所述fpga控制子模块连接，所述下载子模块和所述fpga控制子模块连接。2.如权利要求1所述的一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡，其特征在于，所述vpx连接器子模块包括第一连接器、第二连接器和第三连接器；所述第一连接器、所述第二连接器和所述第三连接器分别与所述背板连接。3.如权利要求2所述的一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡，其特征在于，所述时钟子模块包括10m单端时钟和125m差分时钟。

技术总结
本实用新型涉及卫星导航技术领域，具体涉及一种基于vpx结构的多系统卫星信号控制板卡，包括背板、VPX连接器子模块、FPGA控制子模块、网口/串口子模块、D/A数模转换子模块、信号放大以及功率调节子模块、时钟子模块、电源子模块和下载子模块；采用第一连接器、第二连接器和第三连接器，第一连接器连接电源、10MHz单端系统时钟、125MHz差分参考时钟、发送同步复位信号以及同步触发信号；第二连接器用来实现GNSS卫星数字中频数据的传输以及接口的扩展，第三连接器用来与实现上位机数据的实时显示和操作，连接器之间连接紧密，插入损耗小和误码率低，适应恶劣环境的能力强，每个连接器分工合作，高效传输数据。高效传输数据。高效传输数据。


技术研发人员：李银虎 韩朱明 吴传宇 易首成 戴远流 张延旺 任松博
受保护的技术使用者：深圳市中冀联合技术股份有限公司
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/7/19