基于LXI总线的双通道任意波形发生器的设计

论文摘要

LXI总线集成了Ethernet标准、Internet工具、LAN协议、PTP协议、IEC物理尺寸和IVI驱动程序等众多成熟工业标准的优点,它融合了GPIB的易用性、VXI和PXI的高性能小尺寸以及LAN的高吞吐率和灵活性等特点。LXI的众多优点使之有望成为新一代自动测试系统模块化架构平台标准。LXI总线推出刚刚3年的时间,得到了众多知名仪器厂商的积极支持,目前国际上能推出LXI产品的厂商只有一些大的知名仪器公司,国内还都处于理论研究阶段并没有成型的产品推出。任意波形发生器是组建自动测试系统的基础模块之一,因此研制基于LXI总线的任意波形发生器具有重要的意义和广阔的市场前景。本课题的任务是设计一款基于LXI总线的双通道任意波发生器模块。课题在深入研究LXI技术规范的基础上,提出了以ARM+FPGA作为LXI任意波模块硬件平台的解决方案,由FPGA来实现任意波的发生、同步触发等功能,课题设计了DDS内核实现波形发生、利用IEEE1588 IP核实现了精密时间同步协议;ARM处理器负责通信、控制等功能,由ARM9处理器AT91RM9200和物理层（PHY）网络芯片DM9161AE构成LXI接口硬件平台,在此平台上移植U-Boot和Linux内核来构建嵌入式Linux系统,并通过移植Boa实现Web服务器功能及CGI动态网页控制功能。仪器在VISA资源库的基础上实现了IVI驱动程序及VXI-11网络仪器协议发现机制。信号调理电路对于波形质量起到关键的作用,课题对此做了详细的设计。本模块符合LXI1.1标准B等级,具有2U尺寸、100MS/s采样率、14位垂直分辨率、单通道128K存储深度、支持多种触发方式、支持Auto-IP和手动IP配置、支持10/100M网络等特点,经测试验证已达到各项技术指标要求并成功应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 测试测量仪器的发展历程及趋势
• 1.3 任意波形发生器的发展概况
• 1.3.1 任意波形发生器简介
• 1.3.2 任意波形发生器的发展状况
• 1.4 仪器总线的发展历程及趋势
• 1.5 LXI 总线系统发展概况
• 1.5.1 LXI 总线简介
• 1.5.2 国内外对LXI 总线的研究状况
• 1.5.3 LXI 面临的一些问题
• 1.6 课题的目的及意义
• 1.7 课题主要研究内容
• 1.8 本章小结
• 第2章 系统总体方案研究
• 2.1 系统概述
• 2.2 模块设计要求和技术指标
• 2.3 任意波形发生器的方案
• 2.4 LXI 接口方案分析
• 2.5 关键技术研究和外围关键器件的选择
• 2.5.1 课题关键技术点
• 2.5.2 外围关键器件的选择
• 2.6 系统总体方案的确定
• 2.7 本章小结
• 第3章 LXI 总线规范与接口设计
• 3.1 LXI 标准概述
• 3.2 IEEE1588 概述
• 3.3 LXI 接口硬件电路
• 3.4 嵌入式LINUX 系统
• 3.4.1 嵌入式Linux 系统开发流程
• 3.4.2 U-Boot 的移植
• 3.4.3 Linux 内核的移植
• 3.5 WEB 接口
• 3.6 本章小结
• 第4章 模拟通道的设计
• 4.1 DDS 任意波信号质量分析
• 4.2 波形参量调理电路的设计
• 4.2.1 幅度偏置控制电路的设计
• 4.2.2 功率放大电路的设计
• 4.2.3 衰减电路的设计
• 4.3 HOURGLASS 滤波器的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 FPGA 数字逻辑设计
• 5.1 FPGA 开发环境
• 5.2 DDS 内核设计
• 5.2.1 DDS 的数学原理
• 5.2.2 DDS 内核设计实现
• 5.3 同步/触发的FPGA 内部设计
• 5.3.1 IEEE1588 的FPGA 实现
• 5.3.2 LXI 同步/触发的FPGA 实现
• 5.4 本章小结
• 第6章 任意波形发生器软件和WEB 服务器设计
• 6.1 任意波发生器软件架构
• 6.2 IVI 驱动程序的实现
• 6.2.1 IVI 技术规范
• 6.2.2 IVI 驱动开发
• 6.3 WEB 服务器的开发
• 6.3.1 Linux 下驱动程序的开发
• 6.3.2 嵌入式Web 服务器的设计及CGI 动态网页的实现
• 6.4 VXI-11 网络仪器协议的实现
• 6.5 本章小结
• 结论
• 附录 WEB 操作界面和输出波形
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢