基于以太网的卫星电性能测试信号源及测试信号生成方法与流程

1.本发明涉及卫星设备批量产线的测试领域。


背景技术：

2.对于卫星设备的电性能测试，一般使用由专用的pxi信号源板卡通过内部同步rs
‑
485通信总线，连接至整星测试系统的主控模块上。在整星测试系统工作时，主控计算机通过内部rs
‑
485总线向专用pxi信号源板卡发送工作参数，pxi信号源板卡利用工作参数对外输出测试系统所需要的各种波形，包括直流信号、正弦波、方波以及三角波等波形。随着近年来低轨宽带互联网卫星的大量应用，其分系统测试、整星级综合测试对信号源的功能需求随之提高，传统的pxi信号源板卡逐渐无法适应目前整星级综合测试的快速配置、配置数据的大容量存储、用户自定义波形多路同时输出等需求。
3.一方面传统专用pxi信号源板卡和主控计算机之间采用同步rs
‑
485总线进行数据通讯，其数据信号采用差分传输方式，具有一定的抗干扰能力。但由于其采用半双工通讯方式，总线上在任意时刻只能有一个发送器发送数据，同时由于其最高通信速率为10mb/s，只有在极短的传输距离下才能获得最高速率传输，一般常用传输速率仅为2mb/s。
4.另一方面传统专用pxi信号源板卡上外部存储器件多采用norflash作为数据存储器件，同时使程序直接运行在norflash中，其优点是传输效率很高，不必把把代码读到硬件系统的sram中。当1～4mb的小容量时具有很高的成本效益，但是其存储容量较小，很低的写入和擦除速度大大影响了整个板卡的数据量吞吐性能。
5.第三点传统专用pxi信号源板卡多采用fpga和多通道串行输入dac控制器来输出信号源，每次板卡工作前，需要通过rs
‑
485总线重新加载fpga的配置参数，然后输出固定的电压量供整星测试系统测试。随着测试通道数目的增多和用户自定义波形频率分量的增多，幅度跨度较大，传统专用pxi信号源板卡的低通信速率及低数据吞吐量限制了其在整星级综合测试的大量应用。
6.因此，综上三个方面，在低轨宽带互联网卫星的整星级电能综合测试过程中，传统专用pxi信号源板卡需要在其测试数据的传输速率、输出传输吞吐量及数据存储容量以及适应需求多变的多通道用户自定义波形输出等三个方面做出相应的改进，才能更好的满足用户需求，为整星环境试验测试和整星出厂快速测试提供更好保障。


技术实现要素：

7.本发明目的是为了解决现有pxi信号源板卡在的整星级电能综合测试过程中测试数据的传输速率较低、输出传输吞吐量及数据存储容量较小以及无法适应需求多变的多通道用户自定义波形(如模拟过载信号、目标参数准备完成信号、触发脉冲测试信号)的输出问题，本发明提供了一种基于以太网的卫星电性能测试信号源及测试信号生成方法，来满足当前整星环境试验测试和整星出厂快速测试环境中对测试信号源提出的新需求。
8.基于以太网的卫星电性能测试信号源，包括供电模块、微控制器mcu、译码及隔离
电路、n个4通道并行dac、n个高压运放电路、大容量存储器、百兆以太网phy芯片、百兆以太网变压器和板间连接器；其中，百兆以太网phy芯片和百兆以太网变压器构成以太网络传输单元，百兆以太网变压器的第一数据通信接口与板间连接器连接；
9.百兆以太网变压器的第二数据通信接口与百兆以太网phy芯片的第一数据通信接口，百兆以太网phy芯片的第二数据通信接口与微控制器mcu的rmii接口连接；
10.n个4通道并行dac分别与n个高压运放电路一一对应，n为大于或等于2的整数；
11.以太网络传输单元通过板间连接器与外设连接；
12.微控制器mcu，用于通过以太网络传输单元接受外设输出的命令参数，并将其存储至大容量存储器；还用于将通过以太网络传输单元接受的外设输出的命令参数并行输出至译码及隔离电路；
13.译码及隔离电路，用于对接收命令参数进行译码，实现对相应4通道并行dac进行并行选通后，再对译码后的命令参数进行隔离后，并行送至相应的4通道并行dac；
14.4通道并行dac，用于对所接收的隔离后命令参数进行数模转化后，送至与该4通道并行dac相对应的高压运放电路进行放大后，使与4通道并行dac相对应的高压运放电路输出4路测试信号；
15.供电模块通过板间连接器接收外部给定电压；
16.供电模块对接收的外部给定电压进行电压转换后，给微控制器mcu、译码及隔离电路、n个4通道并行dac、n个高压运放电路、大容量存储器、百兆以太网phy芯片和百兆以太网变压器进行供电。
17.优选的是，译码及隔离电路的隔离方式为磁耦隔离。
18.优选的是，高压运放电路包括4个运放单元，且4个运放单元的结构相同；
19.4通道并行dac输出4路信号；
20.高压运放电路的4个运放单元分别对4通道并行dac输出的4路信号进行处理，每个4个运放单元输出1路测试信号，从而使高压运放电路输出4路测试信号；
21.每个4个运放单元包括电阻r1至r5、放大器芯片u1、正电源v1、正电源v2和负电源v3；放大器芯片u1的型号为fx2640；
22.电阻r2的一端作为运放单元的输入端，用于接收4通道并行dac输出的一路信号；
23.电阻r2的另一端与放大器芯片u1的2号引脚和电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与放大器芯片u1的6号引脚和电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端接电源地；电阻r1的一端与正电源v1连接，电阻r1的另一端与放大器芯片u1的3号引脚和电阻r3的一端同时连接，电阻r3的另一端接电源地；
24.放大器芯片u1的7号引脚接正电源v2，放大器芯片u1的4号引脚接负电源v3；
25.放大器芯片u1的6号引脚作为运放单元的输出端。
26.优选的是，运放单元的输出端输出的信号为v
out
，其中，
27.r1＝r2,r3＝r4；
28.v
in
为运放单元的输入端输入的信号。
29.优选的是，正电源v1为1.25v，正电源v2为40v，负电源v3为
‑
40v。
30.优选的是，4通道并行dac的型号为jda8412。
31.优选的是，大容量存储器的型号为gd5f4gq6ufyig。
32.采用所述的基于以太网的卫星电性能测试信号源生成的测试信号的方法，该方法包括如下过程：
33.s1、初始化微控制器mcu、百兆以太网phy芯片和百兆以太网变压器后，执行步骤s2；
34.s2、大容量存储器中预存有对4通道并行dac进行控制的命令参数，微控制器mcu从大容量存储器中读取命令参数，并将读取的命令参数通过译码及隔离电路先进行译码，实现对相应4通道并行dac进行并行选通后，再对译码后的命令参数进行隔离后，并行送至相应的4通道并行dac；
35.被选通后的相应的4通道并行dac对所接收的隔离后命令参数进行数模转化后，送至与该4通道并行dac相对应的高压运放电路进行放大，从而使高压运放电路产生相应波形的测试信号，然后执行s3；
36.s3、微控制器mcu定时查询以太网络传输单元是否有新的参数命令注入，当有新的参数命令注入时，执行步骤s4，否则，继续执行步骤s2；
37.s4、将新注入的命令参数通过微控制器mcu存储至大容量存储器，同时，还将新注入的命令参数通过微控制器mcu送至译码及隔离电路进行选通及隔离后，被选通的相应的4通道并行dac输出相应的数字量改变与该被选通的相应的4通道相对应的高压运放电路输出的测试信号，从而完成测试信号的生成。
38.本发明带来的有益效果是：本所述的基于以太网的卫星电性能测试信号源包括两种工作模式，其一，微控制器mcu从大容量存储器中读取命令参数，从而控制相应的高压运放电路生成测试信号，其二，微控制器mcu通过太网络传输单元接收新的命令参数，从而使微控制器mcu根据新的命令参数改变相应的高压运放电路输出的生成测试信号的波形。
39.整个过程中，通过两种方式生成测试信号，并可实时的改变测试信号波形，以适应多变的多通道用户自定义波形，同时采用n个4通道并行dac结合微控制器mcu和译码及隔离电路的方式，选通1个或多个4通道并行dac进行并行多路输出，提高传输速率和输出传输的吞吐量，并结合大容量存储器提高电性能测试信号源整体的存储量。
40.本发明所述的基于以太网的卫星电性能测试信号源具有数据的传输速率较快、输出传输吞吐量及数据存储容量较高以及具有较好自定义波形多路同时输出能力，可以满足当前整星环境试验测试和整星出厂快速测试环境中对测试信号源设备提出的新技术指标。同时本发明采用的主控器件采用mcu，较之fpga成本上明显下降。核心器件均可100％国产化，对信号源设备实现自主可控国产化的各项关键技术，进行了有效的验证。
附图说明
41.图1是本发明所述的基于以太网的卫星电性能测试信号源的原理框图；
42.图2为运放单元5
‑
1的原理示意图。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于以太网的卫星电性能测试信号源，包括供电模块1、微控制器mcu2、译码及隔离电路3、n个4通道并行dac4、n个高压运放电路5、大容量存储器6、百兆以太网phy芯片7、百兆以太网变压器8和板间连接器9；其中，百兆以太网phy芯片7和百兆以太网变压器8构成以太网络传输单元，百兆以太网变压器8的第一数据通信接口与板间连接器9连接；
46.百兆以太网变压器8的第二数据通信接口与百兆以太网phy芯片7的第一数据通信接口，百兆以太网phy芯片7的第二数据通信接口与微控制器mcu2的rmii接口连接；
47.n个4通道并行dac4分别与n个高压运放电路5一一对应，n为大于或等于2的整数；
48.以太网络传输单元通过板间连接器9与外设连接；
49.微控制器mcu2，用于通过以太网络传输单元接受外设输出的命令参数，并将其存储至大容量存储器6；还用于将通过以太网络传输单元接受的外设输出的命令参数并行输出至译码及隔离电路3；
50.译码及隔离电路3，用于对接收命令参数进行译码，实现对相应4通道并行dac4进行并行选通后，再对译码后的命令参数进行隔离后，并行送至相应的4通道并行dac4；
51.4通道并行dac4，用于对所接收的隔离后命令参数进行数模转化后，送至与该4通道并行dac4相对应的高压运放电路5进行放大后，使与4通道并行dac4相对应的高压运放电路5输出4路测试信号；
52.供电模块1通过板间连接器9接收外部给定电压；
53.供电模块1对接收的外部给定电压进行电压转换后，给微控制器mcu2、译码及隔离电路3、n个4通道并行dac4、n个高压运放电路5、大容量存储器6、百兆以太网phy芯片7和百兆以太网变压器8进行供电。
54.本实施方式中，提出了一种基于以太网的卫星电性能测试信号源，采用微控制器mcu2、百兆以太网phy芯片7、译码及隔离电路3来对n个4通道并行dac4分时控制，n个4通道并行dac4共用微控制器mcu2的并行接口的数据线和地址线，用于传输每个4通道并行dac4不同通道的数据信号；译码及隔离电路3中的译码部分用于对相应的4通道并行dac4进行选通，译码及隔离电路3中的隔离部分，用于将命令参数与高压运放电路5生成的信号进行隔离。
55.百兆以太网phy芯片7通过百兆以太网变压器8与物理数据传输通道连接。可使用国产百兆网络隔离变压器以增强以太网接口通信的可靠性和环境适应性。
56.具体应用时，译码及隔离电路3采用现有技术实现，本实施方式所述的基于以太网的卫星电性能测试信号源包括两种工作模式，其一，微控制器mcu2从大容量存储器6中读取命令参数，从而控制相应的高压运放电路5生成测试信号，其二，微控制器mcu2通过太网络传输单元接收新的命令参数，从而使微控制器mcu2根据新的命令参数改变相应的高压运放电路5输出的生成测试信号的波形。
57.整个过程中，通过两种方式生成测试信号，并可实时的改变测试信号波形，以适应
多变的多通道用户自定义波形，同时采用n个4通道并行dac4结合微控制器mcu2和译码及隔离电路3的方式，选通1个或多个4通道并行dac4进行并行多路输出，提高传输速率和输出传输的吞吐量，并结合大容量存储器6提高电性能测试信号源整体的存储量。
58.本实施方式中，n的最优取值为8，一般容量大于2m/4mbytes的存储器被认定为大容量存储器。
59.具体应用时，供电模块1可接收外部输入的12v和27v电压，将12v电压转化为1.25v、2.5v、3.3v和5v，27v电压转化为40v和
‑
40v电压，其中，3.3v用于给微控制器mcu2、译码及隔离电路3、大容量存储器6、百兆以太网phy芯片7和百兆以太网变压器8供电，2.5v和5v应用给4通道并行dac4，1.25v、
±
40v给高压运放电路5供电。
60.进一步的，译码及隔离电路3的隔离方式为磁耦隔离。
61.本优选实施方式中，mcu与dac的控制接口之间采用磁耦隔离。
62.具体应用时，可通过隔离电源模块进行电源隔离、磁耦隔离器进行数字隔离，保证了模块设计的安全性与可靠性。
63.更进一步的，具体参见图2，高压运放电路5包括4个运放单元5
‑
1，且4个运放单元5
‑
1的结构相同；
64.4通道并行dac4输出4路信号；
65.高压运放电路5的4个运放单元5
‑
1分别对4通道并行dac4输出的4路信号进行处理，每个4个运放单元5
‑
1输出1路测试信号，从而使高压运放电路5输出4路测试信号；
66.每个4个运放单元5
‑
1包括电阻r1至r5、放大器芯片u1、正电源v1、正电源v2和负电源v3；放大器芯片u1的型号为fx2640；
67.电阻r2的一端作为运放单元5
‑
1的输入端，用于接收4通道并行dac4输出的一路信号；
68.电阻r2的另一端与放大器芯片u1的2号引脚和电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与放大器芯片u1的6号引脚和电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端接电源地；电阻r1的一端与正电源v1连接，电阻r1的另一端与放大器芯片u1的3号引脚和电阻r3的一端同时连接，电阻r3的另一端接电源地；
69.放大器芯片u1的7号引脚接正电源v2，放大器芯片u1的4号引脚接负电源v3；
70.放大器芯片u1的6号引脚作为运放单元5
‑
1的输出端。
71.本优选实施方式中，高压运放电路5对4通道并行dac4输出的4路信号进行放大，作为信号源最终的输出信号。放大器芯片u1的型号为fx2640，该型运放是一种宽带工作电源电压的高压运算放大器，具有电源电压高，输出电流大的特点。
72.更进一步的，正电源v1为1.25v，正电源v2为40v，负电源v3为
‑
40v。
73.更进一步的，运放单元5
‑
1的输出端输出的信号为v
out
，其中，
74.r1＝r2,r3＝r4；
75.v
in
为运放单元5
‑
1的输入端输入的信号。
76.更进一步的，4通道并行dac4的型号为jda8412。
77.本优选实施方式中，4通道并行dac4的量化精度为12位，输出电压精度优于
±
0.2％fs。
78.更进一步的，大容量存储器6的型号为gd5f4gq6ufyig。
79.本优选实施方式中，大容量存储器型号：gd5f4gq6ufyig，该型存储器为nandflash，存储空间为512mbytes。
80.具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，采用具体实施方式一所述的基于以太网的卫星电性能测试信号源生成的测试信号的方法，该方法包括如下过程：
81.s1、初始化微控制器mcu2、百兆以太网phy芯片7和百兆以太网变压器8后，执行步骤s2；
82.s2、大容量存储器6中预存有对4通道并行dac4进行控制的命令参数，微控制器mcu2从大容量存储器6中读取命令参数，并将读取的命令参数通过译码及隔离电路3先进行译码，实现对相应4通道并行dac4进行并行选通后，再对译码后的命令参数进行隔离后，并行送至相应的4通道并行dac4；
83.被选通后的相应的4通道并行dac4对所接收的隔离后命令参数进行数模转化后，送至与该4通道并行dac4相对应的高压运放电路5进行放大，从而使高压运放电路5产生相应波形的测试信号，然后执行s3；
84.s3、微控制器mcu2定时查询以太网络传输单元是否有新的参数命令注入，当有新的参数命令注入时，执行步骤s4，否则，继续执行步骤s2；
85.s4、将新注入的命令参数通过微控制器mcu2存储至大容量存储器6，同时，还将新注入的命令参数通过微控制器mcu2送至译码及隔离电路3进行选通及隔离后，被选通的相应的4通道并行dac4输出相应的数字量改变与该被选通的相应的4通道相对应的高压运放电路5输出的测试信号，从而完成测试信号的生成。
86.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。