基于LabVIEW 的射频捷变收发器测试系统

顾晓雪，郝国锋

（无锡华普微电子有限公司，江苏无锡 214035）

1 引言

随着无线电的快速发展，高性能收发器在电子测量、通信基站等领域的应用愈加广泛。亚诺德半导体有限公司推出的AD9364 射频捷变收发器以其高集成度、可编程性和宽带能力得到广泛使用。为保证该射频捷变收发器的设计性能，有必要搭建高效的测试系统。实验室虚拟仪器工程平台LabVIEW 是专为测试、测量和控制应用而设计的系统工程软件，其特点是多线程运行能力、图形化编程语言及提供面向用户的友好界面[1-3]。本文设计了基于LabVIEW 的射频捷变收发器测试系统[4]，可完成相应寄存器的配置，对信号数据进行实时采样分析，测试效率高，时效性好。

2 测试系统介绍

2.1 硬件结构

图1是测试系统架构图。采用FPGA 芯片xc7z100ffg900-2 作为核心控制器，对AD9364 收发器的发射端与接收端进行驱动控制[5]，并完成接收端的数据采集。LabVIEW 测试软件通过PCI 桥片PCI9054与FPGA 进行数据交互。AD9364 射频捷变收发器具有3 频接收器（3 路差分或6 路单端输入）和2 频差分输出发射器，工作频率范围在70 MHz～6 GHz 之间，具有200 kHz～56 MHz 的通信带宽[6]。本测试平台针对2路接收端及2 路发射端进行配置及测试。

图1 测试系统架构

2.2 编程环境

为了使用LabVIEW 中的VI 控件对PCI 芯片进行读写操作，需要在PC 机上安装PCI 芯片对应的驱动程序。使用美国国家仪器（NI）公司开发的NI-VISA Driver Wizard，选择PXI/PCI Hardware Bus，输入PCI9054 的Manufacturer ID （VID） 和Model Code(PID)，可生成相应的驱动程序，在PC 机上安装驱动程序之后，可直接调用VISA 选板下的VI 控件对PCI 总线寄存器进行读写操作。硬件平台使用PCI 桥片作为数据传输的桥梁，利用LabVIEW 进行上位机测试软件编写[7]，然后通过PCI 桥片对AD9364 进行参数配置及接收数据分析，并绘制结果。

3 测试系统的LabVIEW 实现

3.1 软件设计方法

软件设计流程如图2 所示。程序运行之后开始初始化，初始化处理包括对测试软件使用到的变量设置初始值、PCI 总线寄存器配置以及配置文件参数的加载等。初始化结束后，3 个判断框同时进行循环判断，如按下即发送控制指令，发送完成后等待下一次按键动作，判断PCI 总线数据是否准备完成，若完成则循环进行数据读取及处理与图形显示。判断“停止&退出”按钮按下，程序立刻停止运行。

图2 软件流程

LabVIEW 中对PCI 总线进行操作的主要VI 控件包 括VISA Open、VISA Out 32、VISA In 32、VISA Move Out 32、VISA Move In 32、VISA Close 等。VISA Open 打开VISA 资源名称指定设备的会话句柄并返回会话句柄标识符，该标识符可用于调用该设备的其他操作。VISA Out 32 和VISA Move Out 32 向指定的地址空间和偏移量写入32 位数据。前者写入一个32位数据，后者可以数组形式进行写入操作。VISA In 32和VISA Move In 32 从指定的地址空间和偏移量读取32 位数据，前者读取一个32 位数据，后者可以数组形式进行读取操作。VISA Close 关闭VISA 资源名称指定的设备会话句柄或事件对象。

本测试软件调用上述VI 控件实现PCI 总线读写操作，实现对AD9364 采样频率、发射本振、DDS 频率、DDS 幅度、接收本振、增益模式选择及增益放大倍数等参数的设置，同时显示接收通道测试结果。

3.2 控制指令发送

LabVIEW 测试软件界面如图3 所示。软件使用PCI 总线进行控制指令下发。当点击测试软件界面上“采样频率设置”或“设置”按钮时，利用VISA Move Out 32 子VI 将协议的帧头、帧尾、参数标志以及参数数值发送至PCI 总线上的指定地址。

图3 测试软件界面

由于AD9364 的采样频率在使用当中没有频繁更改的需求，所以单独增加了设置按钮。当点击“采样频率设置”按钮时，会根据下拉菜单所选择的不同频率发送不同值，采样频率选择包括3.278 MHz、30.72 MHz、50 MHz、51.2 MHz 和61.44 MHz。当运行测试软件时，若对AD9364 进行测试，首先分别设置2路通道的采样频率，再根据测试需求进一步设置。为避免不需要更改的配置参数重复设置增加通讯时间，在配置参数前增加选择控件，测试软件判断选择控件是否选中，来确定是否发送相关配置参数的协议。

AD9364 发射端的通道本振设置为800 MHz，DDS 频率设置为7000 kHz，DDS 幅度设置为35，衰减设置为0，将发射通道输出接入频谱仪，显示结果如图4 所示。

图4 发射通道结果

3.3 接收数据处理

接收通道本振设置为800 MHz，增益模式设置为手动增益，将信号源频率设置为802 MHz，观察测试结果如图5 和6 所示。上位机软件接收通道部分程序等待本地总线数据采集完成，利用VISA Move In 32子VI 从PCI 总线指定地址开始读取AD9364 接收通道的数据，2 路接收通道的数据保存在PCI 总线不同的地址中。

当读取完成后，采集的数据为I 和Q 混合，分别提取数据，将其显示在对应接收通道的时域图中，可见图5 有两个正弦波形，幅度相同，相位相差90°。将I 和Q 数据组成复数数组，通过FFT 将时域信号转换至频域，计算出信号频率、功率值以及无杂散动态范围（SFDR）[8]。假设经过FFT 后的数组为datfft，通过式（1）计算出频域幅值Y，频谱分析结果如图6 所示。

图5 接收通道时域图

FFT 点数设置为65536，采样频率设置为50 MHz，则将X轴－25～25 MHz 均分为65536，Y数组中每个数值都对应了频率值。RX2 功率值为Y数组中的最大值，RX2 频率值为其对应的频率值。RX2 功率值-2 为Y数组中次大值，RX2 频率值-2 为其对应的频率值。无杂散动态范围指载波频率（最大信号成分）的RMS幅度与次最大噪声成分或谐波失真成分的RMS 值之比，故图6 中动态杂散的值为RX2 功率值与RX2 功率值-2 相减。

图6 接收通道频域图及计算结果

将本测试系统与原有测试方法进行数据结果对比，数据对比部分如表1 所示。表中测试条件接收通道本振为800 MHz，分别设置信号源频率为802 MHz、807 MHz 及810 MHz，信号源输出功率设置为－20 dBm，选择工作模式为手动增益。方法A 为本测试系统计算出的数据，方法B 为原测试方法计算出的数据。

表1 测试数据对比

根据数据对比结果可知，信号频率误差小于2 kHz，信号功率误差小于0.02 dBm，无杂散动态范围小于0.5 dBc。

3.4 配置参数保存

本软件为了方便用户记录关闭软件之前设置的参数，设计了配置参数保存功能。LabVIEW 使用配置文件VI 读取和创建Window 配置文件（.ini），配置文件内容包括2 路接收端和2 路发射端在软件面板上体现的参数。保存配置参数程序如图7 所示，以保存第1片AD9364 采样频率为例，其中“AD9364-1”为段，“第1 片AD9364 采样频率”为键的名称，“第1 片AD9364采样频率”数值为键值，LabVIEW 调用的子VI 通过段以及键来划分不同通道、不同参数的值。

图7 保存配置参数程序

4 结论

本测试系统基于LabVIEW 开发，可自动配置AD9364 射频捷变收发器的采样频率、发射及接收通道相关参数，可实时接收采样数据，并对其进行信号分析及结果显示。其优点在于省去接收通道数据保存导出分析的步骤，提升了测试效率，使测试结果更为直观。后续可将本测试系统拓展为通用测试系统，适用于其他射频捷变收发器设计测试。