基于FPGA的高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)

1、基于FPGA勺高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域中，隨著器件的不斷更新和發(fā)展，芯片處理速度越來(lái)越快，在某些場(chǎng)合和領(lǐng)域中對(duì)數(shù)據(jù)采集速度也有更高的要求，這就使得高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用越發(fā)廣泛。在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，其核心器件是A/D轉(zhuǎn)換器，高采樣率、高精度的A/D轉(zhuǎn)換器性能決定了其高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能，同時(shí)為了解決采樣后續(xù)處理速度問(wèn)題，也需要后續(xù)處理采用高速處理芯片。本文設(shè)計(jì)了一種基于ALTER公司Stratix系列FPG懦件EP1S4期高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其中高速A/D轉(zhuǎn)換器采用了1片國(guó)家半導(dǎo)體公司(NationalSemiconductor)的高速采樣器件ADC08D1000芯片

2、，其最高單通道采樣頻率達(dá)1.3GHz。一、高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)結(jié)構(gòu)基于FPGA勺高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)硬件原理框圖如圖1所示，該高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)雙通道數(shù)據(jù)采集，即1片ADC08D100內(nèi)部集成了雙通道采樣器。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)送入FPGAS行采集后數(shù)據(jù)的處理。由于采樣后數(shù)據(jù)率較高，因此需要FPG旗有LVDSg口以便接收高速數(shù)據(jù)。二、系統(tǒng)各部分組成設(shè)計(jì)1.A/D轉(zhuǎn)換器電路ADC08D1000是雙通道低功耗的高速8位A/D轉(zhuǎn)換器，全功率帶寬（FPBW）內(nèi)1.7GHz,用單電源1.9V供電，功耗只有1.6W。禾用內(nèi)置的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行交替取樣，便可將每一通道的取樣速度提高至2GSP&每個(gè)通道均為差分

3、輸入，采樣范圍可選為650mV或870mV（it-峰值）。該芯片的三線串行總線控制取樣率的調(diào)校幅度、芯片的其他功能以及獨(dú)立控制的I與Q通道的增益與補(bǔ)償微調(diào)功能。2 .時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路采用了ADF436協(xié)系統(tǒng)提供1GHz的時(shí)鐘。該芯片是個(gè)集成的整數(shù)N合成器和壓控振蕩器（VCO,中心頻率由外置電感決定。采用簡(jiǎn)單的3線控制來(lái)完成所有寄存器的控制與使用。該芯片輸出頻率計(jì)算公式如下：其中，為輸入?yún)⒖碱l率；P為分頻模數(shù)；A,B,R分別為三個(gè)寄存器的輸入值。ADF4360-7芯片提供8/9或16/17兩種計(jì)數(shù)模式，一般情況下，當(dāng)輸出頻率較高的時(shí)候選用16/17計(jì)數(shù)器，輸出頻率較低的選用8/9計(jì)數(shù)器。3 .F

4、PGA及外圍電路FPGA是現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列（FieldProgrammableGateArray）的簡(jiǎn)稱。FPG懦件是一種由用戶根據(jù)所設(shè)計(jì)的數(shù)字電路系統(tǒng)的要求，在現(xiàn)場(chǎng)由自己配置、定義的高密度專用數(shù)字集成電路。它具有小型化、低功耗、可編程、數(shù)字化和快速、方便、實(shí)用的特點(diǎn)。Stratix系列FPGA勺基本結(jié)構(gòu)主要包括：可配置邏輯單元（CLB9,CLBs用于實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)計(jì)的邏輯功能；輸入輸出塊（IOBs）,IOBs提供封裝引腳和CLBs之間的接口，CLBs利用一個(gè)通用的布線矩陣實(shí)現(xiàn)互連?？商峁└哌_(dá)11萬(wàn)門的邏輯電路，超過(guò)300MHz勺工作頻率。FPG麻用類似門陣歹U的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，基本都為SRAM1型，可以

5、在系統(tǒng)帶電運(yùn)行時(shí)對(duì)FPGAJ行在線重構(gòu)造。正是因?yàn)镕PG短備編程靈活性，它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。FPGA勺配置方式如表1所示。表1FPGA勺配置方式配置方式典型用途快速被動(dòng)并行FPP通過(guò)一個(gè)并行同步的配置器件來(lái)配置，或者通過(guò)實(shí)時(shí)下載八位配置數(shù)據(jù)的微處理器接口來(lái)配置被動(dòng)串行PS通過(guò)一個(gè)串行同步微處理器接口來(lái)配置，或者通過(guò)masterblaster通信電纜、USBBlaster、ByteBlaster或者是ByteBlasterMV并口下載電纜來(lái)配置。異步被動(dòng)并行PPA通過(guò)一個(gè)異步并行微處理器接口來(lái)配置，在這種配置方式中，微處理器將目標(biāo)器件看作一個(gè)存儲(chǔ)器。JTAG配置通過(guò)IEEEStd.1149.1

6、JTAG引腳來(lái)配置，可以通過(guò)下載電纜或者是嵌入式器件來(lái)實(shí)現(xiàn)JTAG配置。本設(shè)計(jì)采用被動(dòng)串行方式配置FPGAEP1S40K片采用串行配置時(shí)使用一片EPC16。4 .USB接口電路USB接口電路主要采用了Cypress公司的USB2.0的集成微控制器CY7c68013它內(nèi)部集成了1個(gè)增強(qiáng)型的8051、3個(gè)8位I/O口、16位地址線、1個(gè)US激據(jù)收發(fā)器、1個(gè)智能US瑞行接口引擎、8.5KB的RAM口4K的BFIFO等。增強(qiáng)性8051內(nèi)核完全與標(biāo)準(zhǔn)8051兼容，而性能可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)8051的3倍以上。USBE制器結(jié)構(gòu)如圖2所示。本文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA勺高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，該高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)雙通道1GSPS勺采樣。在交叉采樣模式下可以實(shí)現(xiàn)單通道2GSPS勺采樣。該高速數(shù)據(jù)采集平臺(tái)由于采用了FP