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PXIe双通道任意波形发生模块硬件电路设计

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PXIe双通道任意波形发生模块硬件电路设计

作者：巩桂成电子科技大学

学位级别：硕士

PXIe任意波形发生模块不仅能产生波形参数精密可调的标准波形和用户自定义任意波形,同时具备模块化仪器的灵活扩展性以及多模块同步特性,被广泛应用于各种测试、研究领域,是现代测试仪器的发展趋势之一。由于现代测试的复杂性,对任意波... 详细信息

PXIe任意波形发生模块不仅能产生波形参数精密可调的标准波形和用户自定义任意波形,同时具备模块化仪器的灵活扩展性以及多模块同步特性,被广泛应用于各种测试、研究领域,是现代测试仪器的发展趋势之一。由于现代测试的复杂性,对任意波形发生器的采样率、存储深度、波形参数调节能力以及多通道同步特性等指标有了更高要求。本文围绕上述问题,深入分析了波形合成理论和信号调理方法,完成了800MSa/s采样率、80MHz带宽PXIe双通道任意波形发生模块硬件电路设计。主要工作如下:1.完成双通道波形合成模块硬件电路设计。根据不同波形合成方法的实现特点及不同波形的设计需求,将标准波、任意波和脉冲波分开合成。其中采用基于DDFS的分相并行存储结构实现标准波形合成,提高系统采样率至800MSa/s;利用DDWS结构合成任意波形,采用DDR3 SDRAM内存颗粒作为波形查找表,既扩展存储深度至512MB/通道,又节约了模块面积;利用实时调节脉冲信号上升/下降沿斜率的方式实现高分辨率脉冲信号的合成。采用FPGA+DDR3 SDRAM+DAC架构完成波形合成模块硬件电路设计。2.完成时钟及多通道同步电路设计。数据发送模块的数据同步及DAC转换同步是实现多通道同步的关键;分析了基于JESD204B接口的多DAC同步方法,和同步多个模块之间的采样时钟及触发信号方法,在兼顾系统时钟需求和同步需求的基础上完成时钟电路设计。其中利用锁相环合成标准波形所需的800MHz固定采样时钟,利用DAC内部NCO合成任意波所需5.6μHz～400MHz低噪声可变采样时钟。3.完成80MHz带宽、双通道信号调理模块硬件电路设计。分析了DAC输出信号的频谱特点,并设计了两级滤波器滤除DDS系统产生的镜像频率分量;利用数字精调加模拟粗调的方式实现步进为0.16d B、范围为15.5m Vpp～24Vpp的幅度调节;利用通道内原有运放搭建加减法电路实现±0.5Vpp直流偏移控制。并设计自校准电路解决AWG输出幅度和直流偏置因时间漂移和零点漂移而输出不精密的问题。系统测试结果表明,本文设计的PXIe双通道任意波形发生模块最高采样率达到了800MSa/s,存储深度达到了512MB/通道;可以实现多种标准波形及任意波形合成,可以实现DC～80MHz带宽15.5m Vpp～24Vpp幅度范围的信号输出,以及±0.5Vpp的偏移调节范围。通道间同步偏差小于100ps,模块间同步偏差小于300ps。

关键词：任意波形发生模块 PXIe 直接数字合成同步信号调理

基于PXIe的核探测器数据获取与故障诊断研究

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基于PXIe的核探测器数据获取与故障诊断研究

作者：丁天松南华大学

学位级别：硕士

探测器作为获取各种核信息的源头,是核辐射测量系统的重要部件,其工作在高温、高湿、高辐射的恶劣环境中,容易导致老化、工作性能下降甚至故障损坏现象的发生。而当前主要通过人工巡检的方式进行故障判别与设备维护,费时费力且容易出现... 详细信息

探测器作为获取各种核信息的源头,是核辐射测量系统的重要部件,其工作在高温、高湿、高辐射的恶劣环境中,容易导致老化、工作性能下降甚至故障损坏现象的发生。而当前主要通过人工巡检的方式进行故障判别与设备维护,费时费力且容易出现误判情况,同时传统的核测量系统规模庞大,组建调试和维护繁杂,不够灵活方便。针对上述问题,本论文提出了一种基于PXIe(PCI Extensions for Instrumentation Express)的核探测器数据获取与故障诊断方法,利用PXIe数据采集卡高速性、体积小、使用灵活方便的优势,设计了基于PXIe-9848高速数据采集卡的核探测器数据获取处理系统,并利用机器学习中的极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)神经网络构建了核探测器故障诊断模型,将处理后的核信号信息进行特征提取,智能分类,达到了对核探测器智能故障诊断的目的。本论文构建的探测器数据获取处理系统由探测器、硬件部分、上位机软件组成。探测器选用闪烁体探测器,硬件部分由前端处理电路、PXIe-9848高速数据采集卡、PXIe-62950工业控制计算机组成。系统上位机软件利用Lab VIEW虚拟仪器技术进行开发,构建虚拟多道分析器,其能够对采集参数进行设置,可以对输入信号进行采集、滤波、寻峰等操作,实现了核能谱数据获取、存储及读取功能。故障诊断则是通过数据获取处理系统和时域统计分析方法对探测器不同工况下的信号特征信息进行提取,利用极限学习机神经网络构建了核探测器故障诊断模型。将不同工况的核脉冲信号和能谱信号的特征作为神经网络的输入参数,同时通过改变隐藏层激活函数、修改隐藏层神经元个数等方法不断优化神经网络,实现对核探测器的智能诊断。信号采集实验和故障诊断实验的结果表明,数据获取处理系统稳定可靠、数据获取及处理效果良好,故障诊断模型的诊断准确率及效率较高,不仅能实现对探测器故障类别的智能诊断,也能对不同故障的严重程度做出良好的区分判别。

关键词： PXIe 数据采集极限学习机故障诊断

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合肥先进光源分布式快轨道反馈系统设计

核电子学与探测技术 2022年第4期42卷 582-589页

作者：李云龙梁钰唐雷雷孙葆根周泽然中国科学技术大学国家同步辐射实验室合肥230026

为满足规划中的合肥先进光源的束流位置稳定度达到亚微米量级的要求,设计了分布式快轨道反馈系统。该系统在10 kHz的时钟触发沿下采集束流位置数据,基于Aurora协议和高速光纤设计了两层分布式通信网络传输数据,并采用SVD算法和PID控制... 详细信息

为满足规划中的合肥先进光源的束流位置稳定度达到亚微米量级的要求,设计了分布式快轨道反馈系统。该系统在10 kHz的时钟触发沿下采集束流位置数据,基于Aurora协议和高速光纤设计了两层分布式通信网络传输数据,并采用SVD算法和PID控制算法计算校正值控制校正铁。实验测试表明:该分布式快轨道反馈系统的点对点数据传输时间为400 ns左右,高速信号完整性满足要求,通信及算法计算正确,其系统功能和性能指标均达到合肥先进光源要求。

关键词：合肥先进光源快速轨道反馈 PXIe 高速光纤串行传输 FPGA Aurora协议

基于PXIe的合肥先进光源储存环快速轨道反馈系统

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基于PXIe的合肥先进光源储存环快速轨道反馈系统

作者：李云龙中国科学技术大学

学位级别：硕士

合肥先进光源是基于衍射极限储存环的的第四代同步辐射光源,要求超低束流发射度,需要保证束流轨道稳定度达到亚微米量级,将束流轨道的均方根值保持在束流尺寸的10%以内。合肥光源HLS-Ⅱ储存环安装运行上的慢反馈系统能够满足在Hz级别上... 详细信息

合肥先进光源是基于衍射极限储存环的的第四代同步辐射光源,要求超低束流发射度,需要保证束流轨道稳定度达到亚微米量级,将束流轨道的均方根值保持在束流尺寸的10%以内。合肥光源HLS-Ⅱ储存环安装运行上的慢反馈系统能够满足在Hz级别上对电子束流轨道的稳定性要求,但在百Hz到千Hz频率上无法快速达到束流轨道稳定,国际上的第三代同步辐射光源光源大科学装置如国际上的Diamond、SOLEIL、NSLS-Ⅱ等都在电子储存环上安装快速轨道反馈系统,进行抑制百Hz甚至千Hz以内的噪声,极大提高了束流轨道的稳定性,进一步增强了光源的亮度,更好地满足科研实验用户的需求。第三代同步辐射光源开始采用储存环快速轨道加慢轨道反馈相结合的方式来满足束流轨道的快速稳定,因此目前为合肥先进光源研究开发储存环快速轨道反馈积累经验和有益探索是重要和必要的。本文研制的储存环快速轨道反馈系统是基于PXIe控制电子设备的分布式快轨道反馈系统,在同步时钟信号10kHz触发下,反馈控制系统接收从Libera Brilliance数据电子设备采集的BPM数据,基于Aurora通信协议采用高速光纤传输。储存环快速轨道反馈系统整体架构采用分布式控制节点单元,PXIe控制电子设备作为其中一个本地节点单元,节点单元之间组成环形拓扑网络相连,形成菊花链结构。在同步时钟信号触发器,节点单元在收到数据采集电子设备的BPM数据,除在本地存储外,同时立即向下一个节点单元转发,从而每个本地节点单元都获得储存环全局BPM数据作为储存环快轨道反馈系统的输入值,使用FPGA作为处理运算基于SVD算法的校正矩阵乘法计算,输出校正强度值经PID反馈调整后采用UDP协议通过光纤传输校正铁电源。本文首先介绍了储存环快轨道反馈的研究背景和创新点,接着介绍了电子储存环快速轨道反馈的相关理论,接着再进一步介绍储存环快轨道反馈的系统硬件架构,以及在此基础上研制开发的储存环快轨道反馈的逻辑设计开发工作。最后,对所研制的储存环快速轨道反馈系统分为几个方面进一步测试和对研究工作的进一步总结与展望。

关键词：储存环快速轨道反馈 PXIe 光纤通信合肥先进光源

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高精度多通道同步采集与合成模块设计及实现

高精度多通道同步采集与合成模块设计及实现

作者：陈爱琳电子科技大学

学位级别：硕士

随着被测对象的复杂度越来越高,对于多功能测试设备的需求也越来越高,为了解决联合测试、便携式测试的问题,提升电子测量仪器的测试范围以及测试能力,对多功能测试模块的研究提出了新的挑战。本文针对传统测试系统功能单一、体积庞大等... 详细信息

随着被测对象的复杂度越来越高,对于多功能测试设备的需求也越来越高,为了解决联合测试、便携式测试的问题,提升电子测量仪器的测试范围以及测试能力,对多功能测试模块的研究提出了新的挑战。本文针对传统测试系统功能单一、体积庞大等问题,定位当前测量仪器市场需求,设计并实现了基于PXIe总线的3U单槽高精度多通道同步采集与合成模块。本文的主要研究内容如下:1、结合模块体积小、测试资源多、集成度高的需求,通过对功能指标的合理划分、关键器件对比选型、数据通信协议的规划,采用子母板层叠的硬件构架,完成高精度多通道同步采集与合成模块的总体方案设计。2、根据系统指标要求,结合所选器件和PXIe接口需求开展了模块电路级的详细分析并予以实现,完成了16路采集通道、4路合成通道与48路数字IO通道中的信号调理与驱动电路设计,其中对信号的缓冲与保护、衰减与放大、差分转换等功能进行了具体分析与实现。3、结合模拟与数字混合信号测试需求,在FPGA内部完成基于XDMA架构的PXIe总线通信设计,根据数据类型的差别,采用AXI4-Stream总线传输数据流,AXI4-Lite总线配置状态寄存器,实现了上位机对模块的读写操作;考虑到多通道采集过程中,时钟同步和数据同步的需求,设计IDELAY+ISERDES的串行数据接收架构,满足高精度与多通道的采集需求;结合合成通道的需求,选择了DDWS技术实现波形合成,完成多通道合成逻辑设计。经过对以上内容的研究和设计,完成高精度多通道同步采集与合成模块设计,并经测试验证,模块实现16通道高精度同步采集功能;4通道高精度合成功能以及48通道可编程数字IO功能。

关键词：高精度多通道同步采集多功能测试模块 PXIe

一种基于PXIe架构低杂散宽带频率源设计与实现

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导弹与航天运载技术 2020年第3期 111-116页

作者：魏德肖陈兵邹辰龙重庆航天火箭电子技术有限公司重庆400039

针对传统频率源模块带宽窄、动态小、体积大、缺乏灵活性和通用性等缺点,设计并实现了一种基于面向仪器系统的外围组件互连扩展(Peripheral Component Interconnection Extensions for Instrumentation,PXIe)总线板卡架构的低杂散宽带... 详细信息

针对传统频率源模块带宽窄、动态小、体积大、缺乏灵活性和通用性等缺点,设计并实现了一种基于面向仪器系统的外围组件互连扩展(Peripheral Component Interconnection Extensions for Instrumentation,PXIe)总线板卡架构的低杂散宽带频率源。该频率源利用锁相环和幅频调理等技术,实现了输出频段宽、输出动态大、输出杂散低等优点;同时,该频率源采用PXIe总线板卡技术,一方面提高了产品的兼容性和扩展性,另一方面克服了传统产品体积庞大和通用性差等缺点。最终通过产品的调试与测试,满足预期设计要求,且该频率源产品已成功应用在国家科技部某重大科研专项中。

关键词：频率源宽频段低杂散 PXIe

基于PXIe总线的仪器仪表自动检定系统设计与应用

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国外电子测量技术 2021年第9期40卷 131-136页

作者：刘杰强易韦韦申蔚张永杰严明武子科北京东方计量测试研究所北京100094 宇航动力学国家重点实验室西安710043

为解决传统检定系统对仪器仪表检定效率低、通用性差等问题,提出了一种基于PXIe总线设备的通用仪器仪表自动检定方法,设计并开发了一套针对4大类通用仪器仪表的自动检定系统。通过接口配置、检定项目配置、驱动库加载,可满足不同类别不... 详细信息

为解决传统检定系统对仪器仪表检定效率低、通用性差等问题,提出了一种基于PXIe总线设备的通用仪器仪表自动检定方法,设计并开发了一套针对4大类通用仪器仪表的自动检定系统。通过接口配置、检定项目配置、驱动库加载,可满足不同类别不同型号通用仪器仪表的快速、高效检定或校准,特别适用于批量化计量检定时优势明显。实验结果表明,与传统检定或校准系统相比,单台仪器仪表检定所需时间由按天计算缩短到按分钟计算,明显提高了校准效率,大幅降低了时间成本和人力成本,具有比较高的应用推广价值。

关键词： PXIe 仪器仪表自动检定仪器校准

基于PXIe总线的工业电缆网信号完整性测试平台研制

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基于PXIe总线的工业电缆网信号完整性测试平台研制

作者：孙谋迅哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电缆网是工业系统各子模块间用于信号传递和输送动力的主要载体,其可靠性对于整个系统的正常运行具有重要的意义。传统的工业电缆网测试主要集中在导通、绝缘等基本功能的测试,而对于信号反射、串扰、电磁干扰以及高频信号衰减等因素引... 详细信息

电缆网是工业系统各子模块间用于信号传递和输送动力的主要载体,其可靠性对于整个系统的正常运行具有重要的意义。传统的工业电缆网测试主要集中在导通、绝缘等基本功能的测试,而对于信号反射、串扰、电磁干扰以及高频信号衰减等因素引起的信号完整性问题研究不充分,造成信号传输出现错误时无法及时确定故障原因。针对以上问题,本课题研制了基于PXIe总线的信号完整性测试平台,对电缆网络工作过程中不同位置的信号特性进行测试和仿真,从而实现电缆网内部信号传输完整性指标的定量评估,为系统可靠性设计提供依据。本文首先对于信号完整性测试平台进行需求分析,制定了软硬件设计方案。系统硬件平台以PXIe总线模块化仪器作为测控核心,主要仪器包括嵌入式控制器、远程控制器、数字化仪、定时同步模块及磁盘阵列等;平台采用多PXIe机箱级联的形式,利用远程控制器及定时同步模块进行控制,实现了分布式多通道数据同步采集和处理。平台软件设计分为两部分,首先是基于Labwindows/CVI软件对测试平台的总控软件进行开发,利用NI TClk同步技术和多线程技术实现多机箱多通道高速同步采集功能,并采用常规的波形时频域测试方法及眼图评估算法对信号完整性指标进行评测;其次,构建基于信号传输线理论的电缆网信号传输特性仿真模型并开发相应的仿真软件,该模型结合了信号时域反射数学模型和基于傅里叶变换的信号幅度仿真模型,用于对电缆不同位置、不同负载等状态下的信号传输特性进行仿真。最后,本文对信号完整性测试平台软硬件功能和技术指标进行测试,包括数字化仪测量误差、通道间同步采集偏差、数据读写速率及仿真软件准确性等测试内容。测试结果表明,系统可实现96通道数据的高速同步采集及存储功能,实现对信号完整性相关参数的测试;信号传输仿真模型测量多分支电缆网络负载不匹配状态的结果与实测结果基本一致,验证了本文提出仿真模型的准确性;最终将测试平台与真实箭上电缆网络对接,完成了软硬件系统联调,实现了对箭上电缆网内部不同点处的信号的测试和信号完整性指标的评估。

关键词：工业电缆网信号完整性 PXIe 同步采集多线程传输线理论

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基于PXIe的应答机通信链路测试系统研制

基于PXIe的应答机通信链路测试系统研制

作者：季鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

通信链路测试是应答机综合测试中的重要环节,对于保证应答机设计的正确性,提高其飞行任务的可靠性具有重要意义。通信链路测试的核心是要求测试系统能够实时生成应答机正常工作所需的上行信号并实时解析应答机的下行信号。本课题针对以... 详细信息

通信链路测试是应答机综合测试中的重要环节,对于保证应答机设计的正确性,提高其飞行任务的可靠性具有重要意义。通信链路测试的核心是要求测试系统能够实时生成应答机正常工作所需的上行信号并实时解析应答机的下行信号。本课题针对以上需求,开发基于PXIe总线的应答机通信链路测试系统,利用FPGA实现无线通信信号的本地实时处理,为应答机的综合测试提供完备的环境。根据某应答机上下行通信链路协议要求,本文提出基于PXIe总线的通信链路测试系统总体方案。利用PXIe母板配合FMC子板的方式实现上下行信号的收发,利用FPGA实现通信信号算法的高速处理,提升信号解调和解码的实时性。本课题的测试对象某型号应答机的通信链路分为上行发送链路和下行接收链路两部分,其中上行发送链路包括近地应用CCSDS标准LDPC信道编码、MSK调制信号生成等功能;下行接收链路包括MSK信号解调、LDPC信道译码等功能。本课题重点研究了基于修正最小和译码算法的LDPC译码器FPGA设计方法,给出了算法中修正参数、最大迭代次数等关键参数的选择方法,设计实现了面向FPGA的并行编译码器结构,完成了校验节点更新模块以及变量节点更新模块等关键部分的设计;此外,本课题重点研究MSK调制解调器的FPGA实现方法,完成了基于并行NCO的MSK调制器设计、基于锁相环技术的平方环相干解调算法设计、平方环相干解调算法FPGA并行结构设计等关键技术的研究,并综合运行并行混频和多路选择等方法,完成了下行数据的高速接收与解调。最后对应答机通信链路测试系统的发射链路与接收链路进行了功能验证,并完成了系统联合调试,进行了通信误码率测试等工作。实验数据表明,本系统能够可靠有效地完成应答机通信链路的测试。

关键词：应答机通信链路测试 PXIe MSK LDPC