基于FPGA的通信系统基带验证平台的设计
来源： 作者： 发布时间：2016-02-19 09:38:48 浏览量：SystemACE功率电感器 CompactFlash(CF)使用基于CFACompactFlash标准的存储器，由CompactFlash存储模块和ACE控制器组成。ACE控制器具有内置的控制逻辑，可以通过任何一个ACE控制器接口(CompactFlash接口、CFGJTAG接口、TESTJTAG接口和系统微处理器接口)对目标FPGA链进行配置。其中CompactFlash接口提供对CompactFlash存储卡的支持。单片Virtex-ⅡFPGA所需的配置数据大小为300 Kbit-29.O Mbit，这意味着使用一个Svs-temACE CF方案可以配置超过250片最大容量的Virtex-Ⅱ系列FPGA。设计者可以根据需要灵活地改变ACE Flash的密度。
SystemACE配置示意图如图2所示。完成FP-电感器课件GA设计后，通过软件生成所设计的下载配置文件，通过CF卡读写器将文件置于CF存储卡中。当平台上电后，ACE控制器读取CF卡中的配置文件，通过JTAG链将数据下载到各FPGA，完成自动配置。也可以通过JTAG下载电缆连接TEST JTAG接口，直接对FPGA进行在线配置。
3.2 时钟电路和复位及电压监视电路
本平台采用两个相互独立的有源晶体振荡器提供20 MHz时钟，分别作为接收机和发射机的时钟源。由于板上多处地方需要20 MHz时钟(如ADC和DAC)，而仅靠晶体振荡电感生产器供给时钟除导致驱动力较弱外，还可能会产生较大时钟偏移或抖动。选用时钟驱动器IDT74FCT38074为系统提供时钟，这是一款3.3 V供电，CMOS工艺的1驱4时钟驱动器，输入时钟最高为166 MHz，同时提供4路低偏移同相时钟。通过两片IDT74FCT38074，分别为接收机和发射机各个模块提供精确时钟。输入时钟进入FPGA后又可以通过DCM的分频倍频处理，为FP-GA内部各个功能模块提供所需的时钟。
在Virtex-Ⅱ器件内部，所有DCM模块通过时钟多路复用器逻辑分配到器件内部。所提供的16个全局时钟缓冲器可实现16个时钟域的控制，保证了DCM模块的时钟输出具有最小的传输延迟(Skew)。
复位及电压监视电路采用MAX708SCPA，提供上电自动复位及手动复位。MAX708SCPA的PFI引脚为监视电压输入端，当PFI输入电压低于1.25 V时，PFO引脚输出低电平表示电压过低，本设计中用于监视FPGA 1.5 V内核电压。开关按钮S8提供手动复位。其电路示意图如图3所示。
3.3 数模和模数转换电路
本平台用于验证通信基带系统，需要将发射机输出的I路、Q路信号通过数模转换器(DAC)转换成模拟信号，接收机则通过模数转换器(ADC)将接收信号转换成数字信号。本平台设计采用的ADC和DAC分别为ADI公司的AD9238和AD9765。
AD9238是双通道12位ADC。速度等级分为20MS/s、40MS/s和65MS/s。功耗为180mW~600mW，适用于要求低功耗和较小PCB面积的应用。AD9238的信噪比(SNR)为70 dB，无杂散信号动态范围(SFDR)为85 dBc。带有片内宽带差分采样保持放大器(SHA)，允许用户选择多种输入范围和失调电压，包括单端输入。AD9765是双端口、高速率、双通道、12 bit的CMOS数模转换器(DAC)。它集成了2个高性能的12 bit TxDAC。更新速率可达125 MS/s，无杂散信号动态范围(SFDR)为75 dBc，O.1％的增益偏移匹配率。输出为差分电流、满幅度为20mA。
本设计中，AD9238工作在2Vp-p差分工作模式，采用内部参考电压，两通道工作在共享电压参考模式。输入差分幅度为2 V。信号时钟输入可以采用时钟驱动器的20MHz输出或由FPGA提供，最高采样率为40 MS/s。AD92塑封电感器38的两通道选择AD8138作为运放驱动器，为ADC提供差分输入信号。AD9765工作在双端口模式，两通道增益控制可分别调整，采用内部l.2 V参考电压。时钟输入也可以采共模电感器用时钟驱动器的20 MHz输出或由FPGA提供。AD9238和AD9765与FPGA的连接示意图分别如图4和图5所示。
3.4 电源电路
本系统正常工作需要两种供电电压。一种为FPGA器件的内核电压1.5 V；另一种为FPGA器件的输入输出接口电压3.3 V，该电压同时还用于其他器件供电。
本设计采用适合FPGA应用的低电压、大电流线性稳压器(LDO)供电方案。电源输入采用标准的ATX电源接口，可以由ATX电源供电，其中+12 V输入直接给风扇供电，用于FPGA散热。+5 V输入通过Tl公司的TPS75533和TPS75415分别转换为3.3 V和l.5 V电压输出。TPS75533是一款最低压差可为250 mV的LDO，可提供3.3 V，5 A输出。TPS75415可提供1.5 V，2 A输出，其快速瞬态响应可有效改善系统性能。LDO电感厂家采用线性调节原理，输出纹波很小，外围电路简单，只要求外接输入和输出电容即可工作。缺点是电压转换效率不高，发热量大，对散热控制方面要求较高。TPS75533采用TO-220封装，可以通过背部散热片有效散热，而TPS75415采用PowerPADTM的TSSOP小封装，在提供2W散热功率，提高散热性的同时节省了占用面积。
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