FMC模塊化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著高集成化電路和 FPGA應用的快速發(fā)展,測試系統(tǒng)模塊化架構(gòu)設計已經(jīng)成為一種趨勢。FMC(FPGA Mezzanine Card)是一種專門針對FPGA所定義的互聯(lián)接口,在模塊化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)中得到廣泛應用。一方面,FMC模塊之間的復用性和重構(gòu)性為實現(xiàn)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)奠定了基礎;另一方面,FMC接口的高速多針特性有助于提升系統(tǒng)的采樣率及帶寬等性能指標。因此,基于FMC模塊化構(gòu)架的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計逐漸成為國內(nèi)外學者研究的熱點

2、。
　　論文基于FMC互聯(lián)技術(shù),設計了四種型號的FMC采集模塊,分別為FMC3028(雙通道3 GSPS/8 bits)、FMC1548(雙通道1.5 GSPS/8 bits)、FMC4214(雙通道400 MSPS/14 bits)和FMC5212(雙通道500 MSPS/12 bits);同時,還設計了一種能兼容這四種采集模塊的數(shù)據(jù)處理載板。模塊與載板之間在物理互聯(lián)的基礎上,由載板 FPGA中的接口邏輯進行控制而完成通信;其不

3、同的組合方式可以實現(xiàn)功能特性各異的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),適用于各種高速、高精度采集場合,具有高帶寬、大動態(tài)范圍等優(yōu)勢。
　　FMC采集模塊的兼容性接口邏輯設計劃分為三種通用功能電路:型號識別及加密電路,采樣時鐘生成電路以及溫度電壓監(jiān)控電路。其中,型號識別及加密電路采的主要功能是識別FMC采集模塊的型號和保護系統(tǒng)設計的知識產(chǎn)權(quán);采樣時鐘生成電路的主要功能是通過 SPI總線配置采樣時鐘參數(shù),產(chǎn)生相應的時鐘供給ADC完成模數(shù)轉(zhuǎn)換;溫度電壓監(jiān)控電

4、路的主要功能是對模塊子板卡的溫度、電壓進行采集,并且把數(shù)據(jù)及時傳給上位機顯示和分析。在載板的數(shù)據(jù)流控方面,首先采用 ChipSync技術(shù)實現(xiàn)對并行高速數(shù)據(jù)流的接收和處理;然后調(diào)用 FPGA的DDR3 SDRAM存儲控制IP核,完成大數(shù)據(jù)觸發(fā)存儲;最后,通過CPCI標準總線實現(xiàn)與上位機的命令通信,并完成高速大容量的數(shù)據(jù)流上傳與顯示。
　　最后通過對型號識別及加密、采樣時鐘生成、溫度電壓監(jiān)控、數(shù)據(jù)流接收以及觸發(fā)存儲電路的測試,驗證了各