基于FPGA的智能误码测试仪

由于发送的是０１０１序列，因此码元宽度计数器的计数值Ｎ将保持在一定阈值范围内，这一Ｎ值表示了发来信号码元宽度相当于Ｎ个全局时钟宽度。由此，位同步模块便获得了发来信号的单个码元宽度信息。之后，位同步模块在传输信号的上升沿或下降沿启动本地Ｎ计数器，产生与发端信号同频的本地时钟Ｓ２。Ｓ２经过一个定值延时器延时Ｎｘ个全局时钟宽度后，得到信号Ｓ３。Ｓ３与Ｓ１在鉴相器中进行异或门鉴相，其结果为Ｓ４。由图３可见，若Ｓ４中高电平宽度等于Ｎｘ个全局时钟宽度，则本地时钟Ｓ２与发端时钟Ｓ１同相。若Ｓ４中高电平宽度大于Ｎｘ，则本地时钟滞后，反之则超前。由此得到了本地时钟超前或滞后的信息。控制器根据这一信息对本地Ｎ计数器进行加、扣脉冲操作，使得本地时钟与发端时钟保持同相。

在ｍ序列中，连０、连１的情况很多，为了防止鉴相器在此期间误操作，设计了判别及控制电路，在信号出现连０或连１时使鉴相器不操作，让本地Ｎ计数器始终以Ｎ为计数值计数。采用这种同步方法后，不仅误码仪同步适应范围加宽，而且本地恢复时钟的精度也仅与全局时钟有关，而与发端信号速率无关。实际测试证实，在信号存在５０个连０时，位同步模块仍能正常工作。

２．２ 序列同步模块

前面已经提到，ｍ序列是周期序列，测试序列和检验序列的比较应以周期内的同一位置作为起点。因此，在序列比较前应首先进行序列同步。常见的序列同步方法有：滑动相关捕捉法、序列相关捕捉法、ＳＡＷ器件捕捉法等煟钉牎Ｕ庑┓椒ǘ际抢用序列的相关特性进行同步的，存在着结构复杂、同步时间较长等缺陷，不适合用ＦＰＧＡ实现。为了使误码仪能在不知道发送端序列发生器初始状态的情况下进行快速盲同步，在实际设计中采用了开关门ｍ序列同步算法煟筏牎Ｆ湓理框图如图４所示。

在初始状态下，开关Ｋ置于Ｂ位置，发端送来的测试序列在完成位同步后移位送入寄存器ａｎ－１…ａ０。存满后，开关Ｋ置于Ａ位置。寄存器ａｎ－１…ａ０和模二加法器在本地时钟的驱动下产生出检验序列。由于ｍ序列的下一存储器状态组合仅取决于当前的状态组合，因此，如果最初的９个接收码元是正确的，则随后产生的所有码元都是与测试序列相同和同步的。之后，测试序列与检验序列需要进行一次相关比较，如在若干个（如５个）码元周期内其相关值超过阈值，则可认为两序列同步，否则需要重新进行同步操作。

采用这一方法后，序列同步时间大大缩短，有利于进行快速测试。

２．３ 单片机软件的设计

单片机在误码仪中承担着控制核心的作用。其实际工作流程如图５所示。

仪器加电复位后单片机首先配置ＦＰＧＡ。配置成功后，单片机等待用户的键盘指令并确定测试模式和速率。根据用户的选择，单片机将及时地调整ＦＰＧＡ内各模块的工作参数。用户选择测试开始后，单片机首先检测ＦＰＧＡ中位同步模块是否工作正常。根据位同步模块的工作情况，单片机可向用户发出无信号及失步告警，提示用户检查线路。位同步成功后，单片机每隔１秒读取一次误码数据并进行分析计算。若误码率大于０．５，则认为序列同步失败，单片机要求序列同步模块重新进行同步操作。若连续３秒同步无效，则认为位同步失效，单片机将发出失步告警，并提醒用户发送端速率可能已改变或信道干扰严重。在此期间，误码率的显示和存储都不受影响。

在发生误码事件后，单片机会及时地通过Ｉ２Ｃ总线将其存储于外部Ｅ２ＰＲＯＭ中，并及时上传ＰＣ机。用户可通过ＬＣＤ实时地了解误码测试情况，并在测试中随时查询存储器中的误码信息。

３ 误码仪的扩展和再升级

智能误码仪的设计和开发面向的是多种传输信道。为了适应不同信道的传输方式，设计了大量的外部接口配件，每一种配件提供了不同的码型变换（ＨＤＢ３等）和信号调制解调方式（ＦＳＫ等）。用户可以根据实际测试需要进行选择。采用这种灵活的配置方式后，用户不仅降低了使用成本，而且提高了测试的针对性。

为了提高该误码仪的再升级和可移植能力，选用了单片机和ＦＰＧＡ作为核心器件。其中ＦＰＧＡ采用模块化的设计思想，其中的成熟模块可被其它基于ＦＰＧＡ的系统或模块调用。对于那些需要随时测试信道误码而又不希望另外购买误码仪的用户来说，将已设计好的测试模块移植到自己的系统中将是一个不错的选择。同时，ＦＰＧＡ的正常运行需要对其进行正确的配置，不同的配置文件将使ＦＰＧＡ产生不同的工作效能。用户通过下载最新的配置文件可以方便地实现系统的软升级。

近几年来，"虚拟仪器"技术逐渐成熟，让ＰＣ机直接配置或部分控制ＦＰＧＡ不仅可以减轻单片机的工作负担，而且可以通过修改ＰＣ机上的软件实现对专用信道测试功能的优化。本文所介绍的误码仪在开发时已注意在这方面留下足够的拓展空间，只要开发出更为复杂的ＰＣ机客户端服务程序，无需改动现有的设备就能实现在ＰＣ机上进行误码测试操作。

本文所介绍的智能误码仪采用大规模可编程集成电路作为核心，具有体积小巧、成本低廉、性能优异、可拓展能力强的特点。尤其是ＦＰＧＡ中的自适应位同步模块和快速序列同步模块设计独特、功能完善，具有较高的应用价值。随着该误码仪外部设备的不断完善和改进，它将向更多的专业用户提供更全面更优质的支持与服务。