俞利国 张强 蒋鹏
摘 要：为了实现T/R组件测试系统波束控制的通用性，提出了一种基于PCIe总线的可编程模块化的波控技术。该技术应用到测试系统里可对不同类型的T/R组件进行灵活控制，模拟相控阵波束扫描方式进行性能测试，可有效地提高T/R组件的测试效率和覆盖率。
关键词：PCIe;波控技术;T/R组件测试系统;覆盖率
中图分类号：TN958.92 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）16-0046-03
Abstract：In order to realize the universality of beam steering for test system of T/R module，a programmable modular beam steering technology based on PCIe bus is proposed in this paper. The application of this technology in the test system can flexibly control different types of T/R module and simulate the phased array beam scanning mode for performance testing，which can effectively improve the test efficiency and coverage of T/R module.
Keyword：PCIe;beam steering technology;T/R component testing system;coverage
0 引 言
T/R组件是有源相控阵雷达的核心部件，在批量生产时，数量大、测试指标多、控制信号繁琐、种类多成为不可回避的问题，因此设计一套通用的T/R组件测试系统，实现对大批量不同类型T/R组件指标准确、快速、方便的测试，意义极其重大[1]。
本文针对传统T/R组件测试系统外接专用波束控制盒可靠性不高、通用性不强、覆盖率不够等问题，提出了基于PCIe总线的交互式波控技术。
1 波控技术的研究
1.1 设计原理
T/R组件测试系统中波束控制单元的功能实现可简单划分为波控界面、传输协议、逻辑控制、接口类型等部分，相互之间的流程关系如图1所示。
其中波控界面主要负责对T/R组件测试系统下发的控制指令及监测数据进行显示，包含了T/R组件的收发时序控制、幅相控制及监测保护等功能数据窗口，人工交互良好;传输协议部分主要将软件界面的指令按照一定的帧格式排序，考虑到传输速率及稳定性，通过相应的总线传输信号指令给逻辑控制部分进行相应的功能触发;逻辑控制部分主要用于识别传输的指令要求触发相应的T/R组件工作所需逻辑功能;接口类型部分主要针对不同T/R组件对接相匹配的信号，以及明确信号的传输方式。
1.2 波控界面设计
该波控界面是基于NI公司的虚拟仪器平台开发的，是一种图形化编程语言的开发环境，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件[2]，可以快速扩充相应测试功能类，是较为人性化的测试系统开发工具。根据测试系统通用性考虑，将波控界面划分为常规控制和特殊控制两部分。
常规控制可以实现对T/R组件通道收发待机控制、重频调整、发射脉宽控制、收发移相衰减控制、波控速率选择等，确保了组件通用化指标测试。特殊控制可以实现T/R组件定制化时序、模拟用户的重频扫码、滤波器控制，以及包含了温度、电流值显示，功率、电源故障指示等，确保了其他功能性测试。
该波控界面设计既考虑到T/R组件的测试通用性，也涉及到了定制化功能的测试覆盖性，集合在测试系统里可以大大提高不同类型组件的测试效率。
1.3 传输协议设计
波束控制单元制定的软件界面与逻辑控制模块传输协议接口选用了PCIe总线，属于一种基于数据包的串行连接总线，为第三代I/O总线，支持双向传输模式和数据分通道传输，支持X1、X4、X8、X16等模式。能够通过差分链路来提供高性能、高速、点到点的串行双工数据传输，可以对单板上的分层总线结构提供最理想的支持，已经被广泛应用于工控机与各种外设组件之间的互连领域[3]。
此次设计采用了X1模式，其单向传输带宽可以达到250MByte/s，完全能满足协议传输速率要求。为了降低设计难度，加快开发速度，采用了MosChip等公司设计的专用接口芯片，可以实现PCIe主控模块和目标模块接口功能，将复杂的PCIe总线转换为相对简单的本地总线。
传输的协议内容包含了相应的功能类指令下发或监测数据回传，其帧格式如表1所示。
该传输协议采用PCIe总线接口，可以方便移植到各类工控机内，其自定义的帧格式实现了各类T/R组件功能类指令扩充。
1.4 逻辑控制模块设计
逻辑控制模块主要用于接收PCIe总线转换的本地自定义总线协议内容，分别控制相应寻址后的功能单元，包含了波束控制、监测保护、状态回传、收发定时等单元。按照波控界面的控制要求对TR组件或子阵进行实时控制，配合测试系统完成性能测试。
由于该模块涉及自定义本地总线和逻辑功能部分设计，因此无法采用专用分立器件进行搭建。而可编程逻辑器件FPGA具有可扩展性、稳定性好、高集成度等特点成为该模块设计的首选[4]。
控制模块划分了两总线三单元设计。其中，两总线包含了帧地址/数据的本地总线，主要接收协议中的功能类，按照地址和数据分发给功能寻址模块和功能实现模块。而并行双向总线主要是与功能实现模块互联传输相应功能信号;三单元包含了功能寻址模块、功能实现模块、信号传输模块，其中功能寻址模块主要对地址进行识别分类提供触发信号到功能实现模块。而功能实现模块内部划分成了波束控制单元、监测保护单元、状态回传单元、收发定时单元以及待扩充单元，受到功能寻址模块输出的触发信号选择相应单元输出。最后经过信号传输模块，根据地址选择单元内对应的组件控制信号传输。
该逻辑控制模块设计从组件通用性测试方面进行了考虑，固化了各类组件的波束控制方式，可以通过可视化界面对相应类型的组件进行选择性控制。
1.5 接口类型设计
接口类型主要考虑能够与T/R组件逻辑接口实现匹配互连，涵盖了大多数逻辑接口电平。其中接口芯片的供电舍弃了外接电源，而是采用PCIe总线自带电源接口，其3.3V供电能力达到了3A，12V供电能力为0.5A，3.3V AUX供电能力为0.4A[5]，可以满足波束控制单元的正常工作所需。在接口互联方面，采用了通用的工业DB接头将所需信号进行转接，确保了测试的通用性。
该部分设计采用了通用型和扩展型接口，其中插座采用了针孔防插错设计。且从接口信号的传输方式、距离、传速率等方面考虑，涵盖了CMOS、TTL、LVDS、RS422/RS485、RS232等信号。信号种类比较全面，可满足目前大多数T/R组件的波束控制接口要求。
2 波控技术的实现
根据波束控制单元的设计原理，基于以下几个特点进行实物设计：
（1）通用性，各类T/R组件波控方式进行模块化封装，通过波控界面实现功能切换;
（2）可靠性，供电来源于PCIe总线，摒弃外部供电方
式，既美观又可靠;
（3）可移植性，波束控制单元可装配到各类含有PCIe总线的工控机、计算机等测试平台;
（4）接口全面，涵盖大多数T/R组件的控制接口电平，根据实际需求进行扩展。
考虑安装空间的大小以及PCIe总线高速传输匹配的要求，对波束控制单元硬件部分进行元器件合理布局。为了实现便捷性安装测试，最终以板卡的形式进行设计，具体实物如图2所示。
采用通用化的波控卡与自定义波束控制界面共同构建了波束控制单元，配合T/R组件测试系统可实现多通道组件或子阵的性能测试。
3 结 论
本文介绍了T/R组件测试系统的波控技术研究与实现，将设计原理进行分解后，对各组成部分做了相应的设计分析。以测试的通用性、可靠性、可移植、接口全为设计目标，最终制作了相应波束控制单元实物。
该波束控制单元已广泛应用于本单位的T/R组件测试系统中。根据性能测试划分为了常规测试和特殊功能筛选测试，既提升了不同类型组件的测试效率，又模拟了用户相控阵波束扫描方式，加大了测试覆盖率。
参考文献：
[1] 吕春明.收发组件测试技术研究 [J].雷达科学与技术，2012，10（3）：324-327.
[2] 金肖依，张勇，鲁争艳.一种基于LabVIEW的自动测试系统设计 [J].集成电路通讯，2016，34（4）：15-17.
[3] 张鹏泉，褚孝鹏，曹晓冬，等.基于FPGA的PCIE总线DMA传输的实现 [J].电子测试，2016（21）：4-6.
[4] 高东博.一种新型相控阵体制的波控单元设计 [J].无线电工程，2016，46（5）：49-52+84.
[5] BUDRUK R，ANDRESON D，SHANLEY T.PCI Express系统体系结构标准教材 [M].北京：电子工业出版社，2005.
作者简介：俞利国（1987.05-），男，汉族，浙江宁波人，工程师，硕士，研究方向：数字相控阵收发前端设计。
