基于LabVIEW 的射頻捷變收發(fā)器測試系統(tǒng)

顧曉雪，郝國鋒

（無錫華普微電子有限公司，江蘇無錫 214035）

1 引言

隨著無線電的快速發(fā)展，高性能收發(fā)器在電子測量、通信基站等領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛。亞諾德半導(dǎo)體有限公司推出的AD9364 射頻捷變收發(fā)器以其高集成度、可編程性和寬帶能力得到廣泛使用。為保證該射頻捷變收發(fā)器的設(shè)計性能，有必要搭建高效的測試系統(tǒng)。實驗室虛擬儀器工程平臺LabVIEW 是專為測試、測量和控制應(yīng)用而設(shè)計的系統(tǒng)工程軟件，其特點是多線程運行能力、圖形化編程語言及提供面向用戶的友好界面[1-3]。本文設(shè)計了基于LabVIEW 的射頻捷變收發(fā)器測試系統(tǒng)[4]，可完成相應(yīng)寄存器的配置，對信號數(shù)據(jù)進行實時采樣分析，測試效率高，時效性好。

2 測試系統(tǒng)介紹

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

圖1是測試系統(tǒng)架構(gòu)圖。采用FPGA 芯片xc7z100ffg900-2 作為核心控制器，對AD9364 收發(fā)器的發(fā)射端與接收端進行驅(qū)動控制[5]，并完成接收端的數(shù)據(jù)采集。LabVIEW 測試軟件通過PCI 橋片PCI9054與FPGA 進行數(shù)據(jù)交互。AD9364 射頻捷變收發(fā)器具有3 頻接收器（3 路差分或6 路單端輸入）和2 頻差分輸出發(fā)射器，工作頻率范圍在70 MHz～6 GHz 之間，具有200 kHz～56 MHz 的通信帶寬[6]。本測試平臺針對2路接收端及2 路發(fā)射端進行配置及測試。

圖1 測試系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 編程環(huán)境

為了使用LabVIEW 中的VI 控件對PCI 芯片進行讀寫操作，需要在PC 機上安裝PCI 芯片對應(yīng)的驅(qū)動程序。使用美國國家儀器（NI）公司開發(fā)的NI-VISA Driver Wizard，選擇PXI/PCI Hardware Bus，輸入PCI9054 的Manufacturer ID （VID） 和Model Code(PID)，可生成相應(yīng)的驅(qū)動程序，在PC 機上安裝驅(qū)動程序之后，可直接調(diào)用VISA 選板下的VI 控件對PCI 總線寄存器進行讀寫操作。硬件平臺使用PCI 橋片作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，利用LabVIEW 進行上位機測試軟件編寫[7]，然后通過PCI 橋片對AD9364 進行參數(shù)配置及接收數(shù)據(jù)分析，并繪制結(jié)果。

3 測試系統(tǒng)的LabVIEW 實現(xiàn)

3.1 軟件設(shè)計方法

軟件設(shè)計流程如圖2 所示。程序運行之后開始初始化，初始化處理包括對測試軟件使用到的變量設(shè)置初始值、PCI 總線寄存器配置以及配置文件參數(shù)的加載等。初始化結(jié)束后，3 個判斷框同時進行循環(huán)判斷，如按下即發(fā)送控制指令，發(fā)送完成后等待下一次按鍵動作，判斷PCI 總線數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備完成，若完成則循環(huán)進行數(shù)據(jù)讀取及處理與圖形顯示。判斷“停止&退出”按鈕按下，程序立刻停止運行。

圖2 軟件流程

LabVIEW 中對PCI 總線進行操作的主要VI 控件包 括VISA Open、VISA Out 32、VISA In 32、VISA Move Out 32、VISA Move In 32、VISA Close 等。VISA Open 打開VISA 資源名稱指定設(shè)備的會話句柄并返回會話句柄標(biāo)識符，該標(biāo)識符可用于調(diào)用該設(shè)備的其他操作。VISA Out 32 和VISA Move Out 32 向指定的地址空間和偏移量寫入32 位數(shù)據(jù)。前者寫入一個32位數(shù)據(jù)，后者可以數(shù)組形式進行寫入操作。VISA In 32和VISA Move In 32 從指定的地址空間和偏移量讀取32 位數(shù)據(jù)，前者讀取一個32 位數(shù)據(jù)，后者可以數(shù)組形式進行讀取操作。VISA Close 關(guān)閉VISA 資源名稱指定的設(shè)備會話句柄或事件對象。

本測試軟件調(diào)用上述VI 控件實現(xiàn)PCI 總線讀寫操作，實現(xiàn)對AD9364 采樣頻率、發(fā)射本振、DDS 頻率、DDS 幅度、接收本振、增益模式選擇及增益放大倍數(shù)等參數(shù)的設(shè)置，同時顯示接收通道測試結(jié)果。

3.2 控制指令發(fā)送

LabVIEW 測試軟件界面如圖3 所示。軟件使用PCI 總線進行控制指令下發(fā)。當(dāng)點擊測試軟件界面上“采樣頻率設(shè)置”或“設(shè)置”按鈕時，利用VISA Move Out 32 子VI 將協(xié)議的幀頭、幀尾、參數(shù)標(biāo)志以及參數(shù)數(shù)值發(fā)送至PCI 總線上的指定地址。

圖3 測試軟件界面

由于AD9364 的采樣頻率在使用當(dāng)中沒有頻繁更改的需求，所以單獨增加了設(shè)置按鈕。當(dāng)點擊“采樣頻率設(shè)置”按鈕時，會根據(jù)下拉菜單所選擇的不同頻率發(fā)送不同值，采樣頻率選擇包括3.278 MHz、30.72 MHz、50 MHz、51.2 MHz 和61.44 MHz。當(dāng)運行測試軟件時，若對AD9364 進行測試，首先分別設(shè)置2路通道的采樣頻率，再根據(jù)測試需求進一步設(shè)置。為避免不需要更改的配置參數(shù)重復(fù)設(shè)置增加通訊時間，在配置參數(shù)前增加選擇控件，測試軟件判斷選擇控件是否選中，來確定是否發(fā)送相關(guān)配置參數(shù)的協(xié)議。

AD9364 發(fā)射端的通道本振設(shè)置為800 MHz，DDS 頻率設(shè)置為7000 kHz，DDS 幅度設(shè)置為35，衰減設(shè)置為0，將發(fā)射通道輸出接入頻譜儀，顯示結(jié)果如圖4 所示。

圖4 發(fā)射通道結(jié)果

3.3 接收數(shù)據(jù)處理

接收通道本振設(shè)置為800 MHz，增益模式設(shè)置為手動增益，將信號源頻率設(shè)置為802 MHz，觀察測試結(jié)果如圖5 和6 所示。上位機軟件接收通道部分程序等待本地總線數(shù)據(jù)采集完成，利用VISA Move In 32子VI 從PCI 總線指定地址開始讀取AD9364 接收通道的數(shù)據(jù)，2 路接收通道的數(shù)據(jù)保存在PCI 總線不同的地址中。

當(dāng)讀取完成后，采集的數(shù)據(jù)為I 和Q 混合，分別提取數(shù)據(jù)，將其顯示在對應(yīng)接收通道的時域圖中，可見圖5 有兩個正弦波形，幅度相同，相位相差90°。將I 和Q 數(shù)據(jù)組成復(fù)數(shù)數(shù)組，通過FFT 將時域信號轉(zhuǎn)換至頻域，計算出信號頻率、功率值以及無雜散動態(tài)范圍（SFDR）[8]。假設(shè)經(jīng)過FFT 后的數(shù)組為datfft，通過式（1）計算出頻域幅值Y，頻譜分析結(jié)果如圖6 所示。

圖5 接收通道時域圖

FFT 點數(shù)設(shè)置為65536，采樣頻率設(shè)置為50 MHz，則將X軸－25～25 MHz 均分為65536，Y數(shù)組中每個數(shù)值都對應(yīng)了頻率值。RX2 功率值為Y數(shù)組中的最大值，RX2 頻率值為其對應(yīng)的頻率值。RX2 功率值-2 為Y數(shù)組中次大值，RX2 頻率值-2 為其對應(yīng)的頻率值。無雜散動態(tài)范圍指載波頻率（最大信號成分）的RMS幅度與次最大噪聲成分或諧波失真成分的RMS 值之比，故圖6 中動態(tài)雜散的值為RX2 功率值與RX2 功率值-2 相減。

圖6 接收通道頻域圖及計算結(jié)果

將本測試系統(tǒng)與原有測試方法進行數(shù)據(jù)結(jié)果對比，數(shù)據(jù)對比部分如表1 所示。表中測試條件接收通道本振為800 MHz，分別設(shè)置信號源頻率為802 MHz、807 MHz 及810 MHz，信號源輸出功率設(shè)置為－20 dBm，選擇工作模式為手動增益。方法A 為本測試系統(tǒng)計算出的數(shù)據(jù)，方法B 為原測試方法計算出的數(shù)據(jù)。

表1 測試數(shù)據(jù)對比

根據(jù)數(shù)據(jù)對比結(jié)果可知，信號頻率誤差小于2 kHz，信號功率誤差小于0.02 dBm，無雜散動態(tài)范圍小于0.5 dBc。

3.4 配置參數(shù)保存

本軟件為了方便用戶記錄關(guān)閉軟件之前設(shè)置的參數(shù)，設(shè)計了配置參數(shù)保存功能。LabVIEW 使用配置文件VI 讀取和創(chuàng)建Window 配置文件（.ini），配置文件內(nèi)容包括2 路接收端和2 路發(fā)射端在軟件面板上體現(xiàn)的參數(shù)。保存配置參數(shù)程序如圖7 所示，以保存第1片AD9364 采樣頻率為例，其中“AD9364-1”為段，“第1 片AD9364 采樣頻率”為鍵的名稱，“第1 片AD9364采樣頻率”數(shù)值為鍵值，LabVIEW 調(diào)用的子VI 通過段以及鍵來劃分不同通道、不同參數(shù)的值。

圖7 保存配置參數(shù)程序

4 結(jié)論

本測試系統(tǒng)基于LabVIEW 開發(fā)，可自動配置AD9364 射頻捷變收發(fā)器的采樣頻率、發(fā)射及接收通道相關(guān)參數(shù)，可實時接收采樣數(shù)據(jù)，并對其進行信號分析及結(jié)果顯示。其優(yōu)點在于省去接收通道數(shù)據(jù)保存導(dǎo)出分析的步驟，提升了測試效率，使測試結(jié)果更為直觀。后續(xù)可將本測試系統(tǒng)拓展為通用測試系統(tǒng)，適用于其他射頻捷變收發(fā)器設(shè)計測試。