FPGA+ARM故障检测设备专用适配器硬件设计(2)

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4.2 测试结果 28

结论 29

致谢 30

参考文献 31

1 绪论

1.1 课题研究背景

科学技术的不断发展给各个领域带去研究上的便利，与此同时，电子产品的复杂程度也与日俱增。特别是在军事及航天领域，传统的人工检测维护手段已无法满足设备的正常保障需求。对于复杂电子产品，如大型雷达，其组成由几块乃至几十上百块电路板组成，包括数字电路板、模拟电路板、数模混合电路板、自动测试系统（ATS）等，上述模块正逐步成为复杂系统与设备正常运行的必要保证。

1.2 研究现状

1.3 开发软件介绍

基于通用检测平台的专用适配器设计主要是通过PCB设计来实现的，根据原理图、合理布局等因素绘制PCB，故选择一个可以将FPGA[4]系统设计、嵌入式开发、板级、PCB设计加工等设计工具集成于一个操作环境中。这对开发新的硬件电路提供了很大的便利。本次课题设计采用的软件为Altium Designer Summer 09。它是由Altium公司在protel的基础上开发出来的一款硬件电路设计软件。相比于protel，Altium Designer Summer 09更关注改进测试点的分配和管理、精简嵌入式软件开发、软件设计中智能化调试和流畅的License管理等功能。

1.4 本文内容及章节安排

本次研究的课题是基于通用检测平台的专用适配器，主体由FPGA和ARM构建而成，采用直接数字波形产生技术产生通用测试平台不能提供的各种测试激励信号。并对通用测试平台不能采集、存储的信号，实现高速数据采集、存储，通过通用测试平台提供的通信接口传输给计算机。同时完成供电电源、通用平台提供的测试激励信号、检测信号、数据通信信号的转接等功能。

本文主要介绍，基于通用检测平台的专用适配器设计过程，章节安排如下。

第一章简述了ATS\ATE研究背景及发展现状，由此引出了适配器的作用和概念，并介绍了开发软件Designer Summer 09。

第二章简述了适配器的各个组成部分以及设计过程中的一些参数要求。

第三章介绍了ARM和FPGA的系统电路以及按照要求设计的供电、存储等电路，并根据原理图绘制出PCB图。

第四章根据参数要求对电路进行测试，并给出测试结果。

2 专用适配器总体设计

2.1 设计思路

基于通用检测平台的专用适配器是采用FPGA和ARM相结合的设计方式，ARM主要负责接口的资源管理和调度，FPGA负责高速ADC、DAC的管理，以及数字输入输出的管理。

专用适配器的复杂测试激励信号由FPGA产生。FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD[5]等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。系统设计师可以根据需要把FPGA内部的逻辑块连接起来。一个FPGA的逻辑块和连接可按照设计者的要求进行更改，故FPGA可以完成设计者所需要各种各样的逻辑功能，灵活性很强。

对于适配器的设计，系统采用直接数字波形产生技术，实际上可以产生所需的任意波形，根据测试要求如果需要增加产生信号的种类，仅更改FPGA程序上就可实现，而不需要对硬件电路做修改，这给适配器的功能扩展和升级带来了很多便利。通过控制FPGA产生的信号和波形数据是否输出给高速ADC来控制激励信号的输出通断，若信号不允许输出，FPGA产生的信号波形数据不输出给DAC，当允许信号输出时，FPGA产生的信号波形数据输出给DAC。根据被测单元的测试需求，可能需要不同的激励信号幅度，激励信号幅度控制由衰减量大于40dB的数控衰减器完成，其衰减量控制通用测试平台输出的6位数字信号实现，为了减小专用适配器对通用测试平台的影响，通用测试平台输出的控制信号通过FPGA缓冲驱动后控制数控衰减器。为了提高DAC的转换性能，其工作时钟由通用测试平台提供的时钟信号经过单端到差分的转换、电平适配后供给。