隨著現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)的發(fā)展，移動通信、雷達、衛(wèi)星通信等 通信系統(tǒng)對收發(fā)切換開關的開關速度、功率容量、集成性等方面有了更高的要求, 因此研究VXI總線技術，開發(fā)滿足軍方特殊要求的VXI總線模塊，具有十分重要的意義，我們將利用虛擬儀器思想，將硬件電路以軟件的方式實現(xiàn)，以下設計的 射頻開關可以由計算機直接控制，可以很方便地與VXI總線測試系統(tǒng)集成，最大限度的發(fā)揮計算機和微電子技術在當今測試領域中的應用，具有廣闊的發(fā)展前景。
1 VXI總線接口電路的設計與實現(xiàn)
VXIbus 是VMEbus在儀器領域的擴展，是計算機操縱的模塊化自動儀器系統(tǒng)。它依靠有效的標準化，采用模塊化的方式，實現(xiàn)了系列化、通用化以及VXIbus儀器 的互換性和互操作性，其開放的體系結構和Plug&Play方式完全符合信息產品的要求。它具有高速數(shù)據(jù)傳輸、結構緊湊、配置靈活、電磁兼容性好等優(yōu)點，，因此系統(tǒng)組建和使用非常方便，應用也越來越廣泛，已逐漸成為高性能測試系統(tǒng)集成的首選總線。
VXI 總線是一種完全開放的、適用于各儀器生產廠家的模塊化儀器背板總線規(guī)范。VXI總線器件主要分為：寄存器基器件、消息基器件和存儲器基器件。目前寄存器基 器件在應用中所占比例最大(約70%)。VXIbus寄存器基接口電路主要包括：總線緩沖驅動、尋址和譯碼電路、數(shù)據(jù)傳輸應答狀態(tài)機、配置及操作寄存器組 四個部分。四個部分中除總線緩沖驅動采用74ALS245芯片來實現(xiàn)外，其余部分都用FPGA來實現(xiàn)。采用一片F(xiàn)LEX10K 芯片EPF10K10QC208-3和一片EPROM芯片EPC1441P8，利用相應軟件MAX+PLUSⅡ來進行設計與實現(xiàn)。
1.1 總線緩沖驅動
該 部分完成對VXI背板總線中的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線的緩沖接收或驅動，以滿足VXI規(guī)范信號的要求。對于A16/D16器件，只要實現(xiàn)背板數(shù)據(jù)總線 D00～D15的緩沖驅動。根據(jù)VXI總線規(guī)范的要求，此部分采用兩片74LS245實現(xiàn)，用DBEN*(由數(shù)據(jù)傳輸應答狀態(tài)機產生)來選通。
1.2 尋址和譯碼電路
尋址線包括地址線A01～A31、數(shù)據(jù)選通線DS0*和DS1*、長字線LWORD*?？刂凭€包括地址選通線AS*和讀/寫信號線WRITE*。
本電路的設計采用MAX+PLUSⅡ的原理圖設計方式。利用元件庫里的現(xiàn)有元件進行設計,采用了兩片74688和一片74138。
該 功能模塊對地址線A15～A01及地址修改線AM5～AM0進行譯碼。當器件被尋址時，接收地址線及地址修改線上的地址信息，并將其與本模塊上硬件地址開 關設置的邏輯地址LA7～LA0相比較，如果AM5～AM0上邏輯值為29H或2DH(由于是A16/D16器件)，地址線A15、A14均為1，并且 A13～A06上的邏輯值與模塊的邏輯地址相等時，該器件被尋址選通(CADDR*為真)。接著其結果被送往下一級譯碼控制，通過對地址A01～A05進 行譯碼選中模塊在16位地址空間的寄存器。
1.3 數(shù)據(jù)傳輸應答狀態(tài)機
數(shù)據(jù)傳輸總線是一組高速異步并行數(shù)據(jù)傳輸總線，是VMEbus系統(tǒng)信息交換的主要組成部分。數(shù)據(jù)傳輸總線的信號線可分為尋址線、數(shù)據(jù)線、控制線三組。
該部分的設計采用MAX+PLUSⅡ的文本輸入設計方式。由于DTACK*的時序比較復雜，所以采用AHDL語言來進行設計，通過狀態(tài)機實現(xiàn)。
該 功能模塊對VXI背板總線中的控制信號進行組態(tài)，為標準數(shù)據(jù)傳輸周期提供時序及控制信號(產生數(shù)據(jù)傳輸使能信號DBEN*，總線完成數(shù)據(jù)傳輸所需的應答信 號DTACK*等)。在進行數(shù)據(jù)傳輸時，系統(tǒng)控制者首先對模塊進行尋址，并將相應的地址選通線AS*，數(shù)據(jù)選通線DS0*、DS1*以及控制數(shù)據(jù)傳輸方向 的WRITE*信號線等設置為有效電平。當模塊檢測到地址匹配及各控制線有效后，驅動DTACK*為低電平，以此向總線控制者確認已經(jīng)將數(shù)據(jù)放置在數(shù)據(jù)總 線上(讀周期)或已經(jīng)成功地接收到數(shù)據(jù)(寫周期)。
1.4 配置寄存器
每個VXI總線器件都有一組“配置寄存器”，系統(tǒng)主控制器通過讀取這些寄存器的內容來獲取VXI總線器件的一些基本配置信息，如器件類型、型號、生產廠家、地址空間(A16、A24、A32)以及所要求的存儲空間等。
VXI總線器件的基本配置寄存器有：識別寄存器、器件類型寄存器、狀態(tài)寄存器、控制寄存器。
該部分電路的設計采用MAX+PLUSⅡ的原理圖設計方式，利用74541芯片，其創(chuàng)建的功能模塊。
ID、 DT、ST寄存器都是只讀寄存器，控制寄存器為只寫寄存器。本設計中，VXI總線主要用于控制這批開關的通斷，所以，只要向通道寄存器中寫入數(shù)據(jù)就可以控 制繼電器開關的吸和或斷開狀態(tài)，查詢繼電器狀態(tài)也是從通道寄存器中讀取數(shù)據(jù)即可。根據(jù)模塊設計需要，在其相應各數(shù)據(jù)位寫入適當?shù)膬热?，從而能夠對功能模塊 的射頻開關進行有效控制。
2 模塊功能電路PCB板的設計
每個VXI總線器件都有一組“配置寄存器”，系統(tǒng)主控制器通過讀取這些寄存器的內容來獲取VXI總線器件的一些基本配置信息，如器件類型、型號、生產廠家、地址空間(A16、A24、A32)以及所要求的存儲空間等。
射 頻電路的頻率范圍約為10kHz到300GHz。隨著頻率的增加，射頻電路表現(xiàn)出不同于低頻電路和直流電路的一些特性。因此，在設計射頻電路的PCB板時 就需要特別注意射頻信號給PCB板所帶來的影響。本射頻開關電路是由VXI總線控制的，在設計中為減少干擾，在總線接口電路部分與射頻開關功能電路間采用 排線連接，以下主要介紹射頻開關功能電路部分PCB板的設計。
2.1 元器件的布局
電磁 兼容性(EMC)是指電子系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境中按照設計要求能正常工作的能力。對于射頻電路PCB設計而言，電磁兼容性要求每個電路模塊盡量不產生電磁 輻射，并且具有一定的抗電磁干擾能力。而元器件的布局直接影響到電路本身的干擾及抗干擾能力。也直接影響到所設計電路的性能。
布局總的原則：元器件應盡可能同一方向排列，通過選擇PCB進入熔錫系統(tǒng)的方向來減少甚至避免焊接不良的現(xiàn)象;元器件間最少要有0.5mm的間距才能滿足元器件的熔錫要求，若PCB板的空間允許，元器件的間距應盡可能寬。元器件的合理布局也是合理布線的一個前提，因此應該綜合考慮。在本設計中，繼電器是用于轉換射頻信號的通道，故應將繼電器盡量貼近信號輸入端與輸出端，以此來盡量減短射頻信號線的走線長度，為下一步的合理布線做出考慮。此外，本射頻開關電路是由VXI總線控制，射頻信號對VXI總線控制信號的影響也是布局時必須考慮的問題。
