一种通用型星载编码调制模块的制作方法

1.本发明属于编码调制器技术领域，尤其涉及一种通用型星载编码调制模块。


背景技术：

2.星载编码调制系统用于实现星间链路、对地数传及对地分发无线通信，是空间信息传输的重要组成部分。鉴于空间受限、资源受限、维护受限等实际应用特点，星载设备对体积、功耗、通用性、可靠性有异常苛刻的要求。目前星载编码调制系统多采用大规模可编程逻辑器件、专用刷新电路、进口高速da转换器、定制化滤波器等满足不同任务的特殊要求，无法实现最优性能、体积和功耗的通用设计。因此，有必要设计一种通用型星载编码调制模块，满足在轨任务更新及产品的系列化、国产化升级需求。


技术实现要素：

3.本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种通用型星载编码调制模块，具有编码调制系统的高带宽、低成本、小型化、通用性特点；通过在系统编程及在轨监控刷新的方式降低开发复杂度，提高空间环境适应能力。
4.为了解决上述技术问题，本发明公开了一种通用型星载编码调制模块，包括：供电模块、时钟分配模块、基带处理模块、数模转换模块、监控模块、在系统开发模块和中频选择滤波模块；
5.供电模块，用于接收宽范围的直流电压输入，完成直流稳压供电的降压、滤波；并按照一定时序为时钟分配模块、基带处理模块、数模转换模块、监控模块和在系统开发模块提供工作所需电压；
6.时钟分配模块，用于接收外供时钟；对外供时钟进行处理后，得到采样时钟和逻辑处理时钟；将采样时钟和逻辑处理时钟分别发送至数模转换模块和基带处理模块；
7.数模转换模块，用于接收基带处理模块输出的2路14bit数字量信号，将2路14bit数字量信号转换为中频信号后输出；
8.监控模块，用于在在轨运行阶段，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并上报监控模块的遥测状态信息；
9.在系统开发模块，用于在通用型星载编码调制模块处于开发验证阶段时，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并上报在系统开发模块的遥测状态信息；完成对监控模块的开发验证；
10.中频选择滤波模块，用于对数模转换模块输出的中频信号进行选择滤波处理；
11.基带处理模块处于数据处理状态时，用于通过对外接口与星务进行遥控遥测通信，接收星务对基带处理模块、监控模块的控制指令，上报基带处理模块以及监控模块的实时状态；通过并行端口接收高码率遥测信息，对高码率遥测信息进行接收缓存、加扰、qpsk星座映射、成型滤波以及ldpc编码处理，进行串并转换后，采用双倍数据率的形式将2路14bit数字量信号送至数模转换模块；解析出与监控模块相关的遥控遥测信息，通过片间通
信送至监控模块。
12.在上述通用型星载编码调制模块中，时钟分配模块，包括：1分2功分器和锁相源；其中，1分2功分器对接收到的外供时钟进行功分后输出两路时钟信号，一路时钟信号为基带处理模块提供逻辑处理时钟，另一路时钟信号经锁相源后产生数模转换模块所需的采样时钟。
13.在上述通用型星载编码调制模块中，锁相源供电设计rc滤波电路，以提高采样时钟质量。
14.在上述通用型星载编码调制模块中，数模转换模块，包括：第一dac数模转换芯片和第二dac数模转换芯片；其中，第一dac数模转换芯片和第二dac数模转换芯片分别用于接收基带处理模块输出的2路14bit数字量信号，经欠采样数模转换输出2路高带宽中频信号；第一dac数模转换芯片和第二dac数模转换在进行欠采样数模转换时，选用第二奈奎斯特域输出，以降低对高速da器件的依赖。
15.在上述通用型星载编码调制模块中，中频选择滤波模块，包括：第一带通滤波器和第二带通滤波器；其中，第一带通滤波器和第二带通滤波器分别用于对数模转换模块输出的两路中频信号进行选择滤波，多奈奎斯特域镜像信号抑制。
16.在上述通用型星载编码调制模块中，根据中频频点及带外抑制要求，第一带通滤波器和第二带通滤波器选用巴特沃兹多阶可调lc带通滤波器，具备灵活的宽带信号选择能力。
17.在上述通用型星载编码调制模块中，监控模块，包括：反熔丝监控fpga、第一prom、第二prom和nor flash；其中，反熔丝监控fpga上电复位后，从prom或nor flash启动，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；通过32路lvcmos信号与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并将监控模块的遥测状态信息送至基带处理模块进行打包，通过串口rs422送至星务。
18.在上述通用型星载编码调制模块中，在系统开发模块，包括：调试fpga、flash型prom和nor flash；其中，调试fpga上电复位后，从flash型prom或nor flash启动，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；通过32路lvcmos信号与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并将在系统开发模块的遥测状态信息送至基带处理模块进行打包，通过串口rs422送至星务；完成对监控模块的开发验证。
19.在上述通用型星载编码调制模块中，基带处理模块选用空间抗辐照sram型fpga。
20.在上述通用型星载编码调制模块中，监控模块，还包括：晶振；其中，晶振，用于为反熔丝监控fpga提供工作时钟。
21.本发明具有以下优点：
22.本发明公开了一种通用型星载编码调制模块，具有编码调制系统的高带宽、低成本、小型化、通用性特点；通过在系统编程及在轨监控刷新的方式降低开发复杂度，提高空间环境适应能力。
附图说明
23.图1是本发明实施例中一种通用型星载编码调制模块的架构示意图；
24.图2是本发明实施例中一种供电模块的系统框图；
25.图3是本发明实施例中一种中频选择滤波模块的仿真示意图；
26.图4是本发明实施例中一种在系统开发模块与监控模块的连接关系示意图。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
28.如图1，在本实施例中，该通用型星载编码调制模块，包括：供电模块、时钟分配模块、基带处理模块、数模转换模块、监控模块、在系统开发模块和中频选择滤波模块。其中：
29.供电模块，用于接收宽范围的直流电压输入，完成直流稳压供电的降压、滤波；并按照一定时序为时钟分配模块、基带处理模块、数模转换模块、监控模块和在系统开发模块提供工作所需电压。
30.时钟分配模块，用于接收外供时钟；对外供时钟进行处理后，得到采样时钟和逻辑处理时钟；将采样时钟和逻辑处理时钟分别发送至数模转换模块和基带处理模块。
31.数模转换模块，用于接收基带处理模块输出的2路14bit数字量信号，将2路14bit数字量信号转换为中频信号后输出。
32.监控模块，用于在在轨运行阶段，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构，解决了空间环境单粒子翻转的难题；与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并上报监控模块的遥测状态信息。
33.在系统开发模块，用于在通用型星载编码调制模块处于开发验证阶段时，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并上报在系统开发模块的遥测状态信息；完成对监控模块的开发验证。
34.中频选择滤波模块，用于对数模转换模块输出的中频信号进行选择滤波处理。
35.基带处理模块处于数据处理状态时，用于通过对外接口与星务进行遥控遥测通信，接收星务对基带处理模块、监控模块的控制指令，上报基带处理模块以及监控模块的实时状态；通过并行端口接收高码率遥测信息，对高码率遥测信息进行接收缓存、加扰、qpsk星座映射、成型滤波以及ldpc编码处理，进行串并转换后，采用双倍数据率的形式将2路14bit数字量信号送至数模转换模块；解析出与监控模块相关的遥控遥测信息，通过片间通信送至监控模块。
36.在本实施例中，时钟分配模块具体可以包括：1分2功分器和锁相源。其中，1分2功分器对接收到的外供时钟进行功分后输出两路时钟信号，一路时钟信号为基带处理模块提供逻辑处理时钟，另一路时钟信号经锁相源后产生数模转换模块所需的采样时钟。优选的，锁相源供电设计rc滤波电路，以提高采样时钟质量。
37.在本实施例中，数模转换模块具体可以包括：第一dac数模转换芯片和第二dac数模转换芯片。其中，第一dac数模转换芯片和第二dac数模转换芯片分别用于接收基带处理模块输出的2路14bit数字量信号，经欠采样数模转换输出2路高带宽中频信号；第一dac数模转换芯片和第二dac数模转换在进行欠采样数模转换时，选用第二奈奎斯特域输出，以降低对高速da器件的依赖。
38.在本实施例中，中频选择滤波模块具体可以包括：第一带通滤波器和第二带通滤波器。其中，第一带通滤波器和第二带通滤波器分别用于对数模转换模块输出的两路中频
信号进行选择滤波，多奈奎斯特域镜像信号抑制。优选的，根据中频频点及带外抑制要求，第一带通滤波器和第二带通滤波器可选用巴特沃兹多阶可调lc带通滤波器，具备灵活的宽带信号选择能力。
39.在本实施例中，监控模块具体可以包括：反熔丝监控fpga、第一prom、第二prom和nor flash。其中，反熔丝监控fpga上电复位后，从prom(依次从第一prom和第二prom)或nor flash启动，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；通过32路lvcmos信号与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并将监控模块的遥测状态信息送至基带处理模块进行打包，通过串口rs422送至星务。
40.在本实施例中，在系统开发模块具体可以包括：调试fpga、flash型prom和nor flash。其中，调试fpga上电复位后，从flash型prom或nor flash启动，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；通过32路lvcmos信号与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并将在系统开发模块的遥测状态信息送至基带处理模块进行打包，通过串口rs422送至星务；完成对监控模块的开发验证。
41.在本实施例中，基带处理模块可选用空间抗辐照sram型fpga。
42.在本实施例中，监控模块还可以包括：晶振。其中，晶振，用于为反熔丝监控fpga提供工作时钟。
43.在上述实施例的基础上，下面以一个具体实例进行说明。
44.在本实施例中，该通用型星载编码调制模块，包括：
45.供电模块，允许宽范围的直流电压输入，完成直流稳压供电的降压、滤波，并根据时序要求，控制各路电压的上电时序。
46.时钟分配模块，选用功分器gfh将外供时钟进行1分2后输出2路单端125mhz的时钟信号，一路时钟信号经锁相源pls-1200g产生数模转换所需高质量采样时钟1.2ghz，一路通过巴伦电路将单端信号转换为差分信号送至基带处理模块，为基带处理模块提供逻辑处理时钟125m。
47.数模转换模块，包含两片国产化dac数模转换芯片以及巴伦电路。两片国产化dac数模转换芯片的采样时钟均来自锁相源pls-1200g的1.2ghz时钟，每片国产化dac数模转换芯片接收基带处理模块输出的2路高速ddr数据后输出差分信号经过巴伦电路转换为单端模拟信号。
48.监控模块，包括actel公司的反熔丝监控fpga a54sx72a-cq208b、国产化prom及国产化器件nor flash，反熔丝监控fpga上电复位后，从prom或flash启动，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；通过32路lvcmos信号与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并将监控模块的遥测状态信息送至基带处理模块进行打包，通过串口rs422送至星务。
49.在系统开发模块，在通用型星载编码调制模块处于开发阶段时，在系统开发模块完成监控模块的功能。
50.中频选择滤波模块，包括高q值的电感及电容元件，采用四阶巴特沃兹为设计模型，滤除第二奈奎斯特域的中频信号的带外谐杂波及镜像信号。
51.基带处理模块，包括国产化器件公司生产的sarm型器件，经过lvds转换芯片接收星务发送的lvds高速业务数据，经过接收缓存、加扰、qpsk星座映射、成型滤波以及ldpc编
码等数据处理后，转换为2路600mbps ddr数据送至数模转换模块；通过对外接口芯片rs422与星务进行遥控遥测通信，接收执行星务对基带处理模块、监控模块的控制指令，上报基带处理模块以及监控模块的实时状态。解析出与监控模块相关的遥控遥测信息，通过32路lvcoms片间通信送至监控模块。
52.在本实施例中，如图2所示，供电模块在设计过程中，满足+4v～+16v供电输入，供电模块负责将外部输入电源转换为数字供电和模拟供电，供电模块主要由电压稳压器及滤波电路组成，输入端为外接供电设备，输出端与时钟分配模块、基带处理模块、数模转换模块和在系统开发模块连接，为时钟分配模块、基带处理模块、数模转换模块和在系统开发模块连接提供高精度低纹波电源。rsw1201允许较宽的直流输入范围，带载能力达到3a，可通过调节反馈电阻将+4v～+16v电压分别转换为+3.3v电压，模数转换模块的3.3v数字量供电及3.3v模拟量供电均由该电压产生，且数字量供电与模拟量供电之间通过电感隔离；rsw5150输入+4v～+16v电源，降压后产生5v供电为时钟分配电路供电，经rsw5150二次降压后生产1.2v为基带处理模块供电；3.3v电压经rsw1101产生1.8v及2.5v电压，分别为基带处理模块以及监控模块供电。
53.在本实施例中，如图3所示，根据中心频点、中频频段、滤波阶数以及滤波器模型选择满足设计要求的仿真参数，仿真结果显示：160m中频带宽内平坦度满足＜2db的设计指标，在第一奈奎斯特域、第三奈奎斯特域处产生与第二奈奎斯特域相同功率的镜像信号，为防止干扰有效信号，选用带通滤波器抑制图3所示m1、m5处的镜像，抑制能力＞50db。
54.在本实施例中，如图4所示，调试fpga与反熔丝监控fpga均通过从配置模式加载刷新基带处理模块，调试fpga和反熔丝监控fpga与基带处理模块之间通过32路lvcoms互连，用于对反熔丝监控fpga下发控制指令以及上传反熔丝监控fpga的遥测状态信息。调试fpga外挂flash型prom，flash型prom用于在调试期间，完成对基带处理模块比特文件的擦除、读写，反熔丝监控fpga外挂第一prom和第二prom，用于在正式状态下，完成对基带处理模块比特文件的读入。反熔丝监控fpga与rrom均采用反熔丝工艺，一次烧录不可更改，因此待系统功能、软件程序均充分验证后，烧录完整的系统程序并落焊器件。该设计方式提高系统的抗辐照性能，使编码调制系统适应复杂的空间环境。其中，监控模块和在系统开发模块共用一片nor flash。
55.综上所述，本发明公开了一种通用型星载编码调制模块，通过基于欠采样的数模转换电路、多阶可调滤波电路，完成编码调制系统的高带宽、低成本、小型化设计；通过在系统编程及在轨监控刷新的方式降低开发复杂度，提高空间环境适应能力。
56.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
57.本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

技术特征：
1.一种通用型星载编码调制模块，其特征在于，包括：供电模块、时钟分配模块、基带处理模块、数模转换模块、监控模块、在系统开发模块和中频选择滤波模块；供电模块，用于接收宽范围的直流电压输入，完成直流稳压供电的降压、滤波；并按照一定时序为时钟分配模块、基带处理模块、数模转换模块、监控模块和在系统开发模块提供工作所需电压；时钟分配模块，用于接收外供时钟；对外供时钟进行处理后，得到采样时钟和逻辑处理时钟；将采样时钟和逻辑处理时钟分别发送至数模转换模块和基带处理模块；数模转换模块，用于接收基带处理模块输出的2路14bit数字量信号，将2路14bit数字量信号转换为中频信号后输出；监控模块，用于在在轨运行阶段，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并上报监控模块的遥测状态信息；在系统开发模块，用于在通用型星载编码调制模块处于开发验证阶段时，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并上报在系统开发模块的遥测状态信息；完成对监控模块的开发验证；中频选择滤波模块，用于对数模转换模块输出的中频信号进行选择滤波处理；基带处理模块处于数据处理状态时，用于通过对外接口与星务进行遥控遥测通信，接收星务对基带处理模块、监控模块的控制指令，上报基带处理模块以及监控模块的实时状态；通过并行端口接收高码率遥测信息，对高码率遥测信息进行接收缓存、加扰、qpsk星座映射、成型滤波以及ldpc编码处理，进行串并转换后，采用双倍数据率的形式将2路14bit数字量信号送至数模转换模块；解析出与监控模块相关的遥控遥测信息，通过片间通信送至监控模块。2.根据权利要求1所述的通用型星载编码调制模块，其特征在于，时钟分配模块，包括：1分2功分器和锁相源；其中，1分2功分器对接收到的外供时钟进行功分后输出两路时钟信号，一路时钟信号为基带处理模块提供逻辑处理时钟，另一路时钟信号经锁相源后产生数模转换模块所需的采样时钟。3.根据权利要求2所述的通用型星载编码调制模块，其特征在于，锁相源供电设计rc滤波电路，以提高采样时钟质量。4.根据权利要求1所述的通用型星载编码调制模块，其特征在于，数模转换模块，包括：第一dac数模转换芯片和第二dac数模转换芯片；其中，第一dac数模转换芯片和第二dac数模转换芯片分别用于接收基带处理模块输出的2路14bit数字量信号，经欠采样数模转换输出2路高带宽中频信号；第一dac数模转换芯片和第二dac数模转换在进行欠采样数模转换时，选用第二奈奎斯特域输出，以降低对高速da器件的依赖。5.根据权利要求1所述的通用型星载编码调制模块，其特征在于，中频选择滤波模块，包括：第一带通滤波器和第二带通滤波器；其中，第一带通滤波器和第二带通滤波器分别用于对数模转换模块输出的两路中频信号进行选择滤波，多奈奎斯特域镜像信号抑制。6.根据权利要求5所述的通用型星载编码调制模块，其特征在于，根据中频频点及带外抑制要求，第一带通滤波器和第二带通滤波器选用巴特沃兹多阶可调lc带通滤波器，具备灵活的宽带信号选择能力。7.根据权利要求1所述的通用型星载编码调制模块，其特征在于，监控模块，包括：反熔
丝监控fpga、第一prom、第二prom和nor flash；其中，反熔丝监控fpga上电复位后，从prom或nor flash启动，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；通过32路lvcmos信号与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并将监控模块的遥测状态信息送至基带处理模块进行打包，通过串口rs422送至星务。8.根据权利要求1所述的通用型星载编码调制模块，其特征在于，在系统开发模块，包括：调试fpga、flash型prom和nor flash；其中，调试fpga上电复位后，从flash型prom或nor flash启动，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；通过32路lvcmos信号与基带处理模块进行通信，接收遥控指令并将在系统开发模块的遥测状态信息送至基带处理模块进行打包，通过串口rs422送至星务；完成对监控模块的开发验证。9.根据权利要求1所述的通用型星载编码调制模块，其特征在于，基带处理模块选用空间抗辐照sram型fpga。10.根据权利要求7所述的通用型星载编码调制模块，其特征在于，监控模块，还包括：晶振；其中，晶振，用于为反熔丝监控fpga提供工作时钟。

技术总结
本发明公开了一种通用型星载编码调制模块，包括：供电模块，用于提供工作所需电压；时钟分配模块，用于对外供时钟进行处理，得到采样时钟和逻辑处理时钟；数模转换模块，用于将数字量信号转换为中频信号；监控模块，用于在在轨运行阶段，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；在系统开发模块，用于在开发验证阶段，完成对基带处理模块的程序引导、定时刷新以及在轨重构；中频选择滤波模块，用于对中频信号进行选择滤波处理。本发明所述的通用型星载编码调制模块，具有编码调制系统的高带宽、低成本、小型化、通用性特点；通过在系统编程及在轨监控刷新的方式降低开发复杂度，提高空间环境适应能力。提高空间环境适应能力。提高空间环境适应能力。


技术研发人员：苏宁 王松 吴东航 梁锦涛 李靖 李超 付正东 余显勇 刘斌
受保护的技术使用者：航天长征火箭技术有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/31