CN105320633A - 一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡 - Google Patents

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李羚梅
苏晓旭
张鹏泉
范玉进
曹晓东
褚孝鹏
邱惠昌
杨松楠
刘政鹏
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Tianjin Optical Electrical Communication Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡。该板卡包括FPGA、DSP、四片DDR3？SDRAM、两片SPI？EEPROM；两片SPI？FLASH、两片差分放大器、模数转换器、NAND？FLASH；以太网收发器和PCI-express连接器；还包括分别与时钟相连接的时钟选择芯片和时钟管理芯片。本设计采用成熟可靠的元器件，辅以规范的电路设计，保证信号采集处理的准确性和高效性。采用标准3U板卡尺寸，可与标准3U机箱匹配。采用标准PCI-express连接器，方便与有相应接口的机箱或板卡进行对接，实现本信号采集处理板卡与系统其他结构的数据交互。

Description

一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡
技术领域
本发明涉及用于通信领域的模拟-数字信号采集处理板卡，尤其涉及一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡。
背景技术
模拟-数字信号采集处理应用在通信技术的基础阶段，信号采集处理的优劣程度直接影响到通信结果的准确性。目前市场上的模拟-数字信号采集处理板卡大多规格各异，接口种类繁多，在与其他设备或板卡对接时容易出现尺寸或接口不匹配的问题。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题和缺陷，本发明的目的是提供一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡。该板卡采用成熟可靠的元器件，以FPGA及DSP作为核心信号采集处理器件，辅以规范的电路设计，保证信号采集处理的准确性和高效性。
本发明采取的技术方案是：一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡，其特征在于：该板卡包括分别通过SRIO总线和I／O端口连接的现场可编程门阵列FPGA和数字信号处理器DSP；四片动态随机存取存储器DDR3SDRAM；两片串行电擦除可编程只读存储器SPIEEPROM；两片串行闪存存储器SPIFLASH；两片差分放大器；模数转换器；非易失闪存存储器NANDFLASH；以太网收发器；PCI-express连接器；该板卡还包括分别与时钟相连接的时钟选择芯片和时钟管理芯片；其中，两路模拟信号由SMA接口1及SMA接口2分别接入差分放大器1和差分放大器2，差分放大器1和差分放大器2分别通过模数转换器与现场可编程门阵列FPGA连接，USB接口通过信号转换器与现场可编程门阵列FPGA连接，动态随机存取存储器DDR3SDRAM1、动态随机存取存储器DDR3SDRAM2、串行电擦除可编程只读存储器SPIEEPROM1和串行闪存存储器SPIFLASH1分别与现场可编程门阵列FPGA连接，动态随机存取存储器DDR3SDRAM3、动态随机存取存储器DDR3SDRAM4、串行电擦除可编程只读存储器SPIEEPROM2和串行闪存存储器SPIFLASH2分别与数字信号处理器DSP连接，现场可编程门阵列FPGA通过PCLE总线与PCI-express连接器连接，数字信号处理器DSP通过以太网收发器连接到RJ45接口。
本发明的特点及有益效果是：1、本设计采用成熟可靠的元器件，辅以规范的电路设计，保证信号采集处理的准确性和高效性。2、采用标准3U板卡尺寸，可与标准3U机箱匹配。3、采用标准PCI-express连接器，方便与有相应接口的机箱或板卡进行对接，实现本信号采集处理板卡与系统其他结构的数据交互。
附图说明
图1为本发明电路连接框图；
图2为板卡及PCI-express连接器结构示意图；
图3为与板卡对接的PCI-express连接器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明：
参照图1，本设计是一款集成高速模数转换器(以下简称ADC)、高速现场可编程门阵列（以下简称FPGA）和高速数字信号处理器（以下简称DSP）的高速模拟-数字信号采集处理及数据存储处理板卡，支持两路中频同步模拟-数字信号采样，支持最高250MSps模拟-数字采样速率，支持外部采样时钟。
本设计通过FPGA及DSP对数字信号进行处理，并将数据导入高速动态随机存取存储器（以下简称DDR3SDRAM）进行存储。
采用以太网接口（即RJ45接口）、PCI-express连接器和USB接口与外部进行数据交互。
提供DDR3SDRAM和其他多种存储器进行数据存储。
本发明电路设计原理：两路模拟信号由SMA接口1及SMA接口2分别接入两片差分放大器进行信号放大处理，然后分别通过模数转换器（模拟数字转换芯片，以下简称ADC）进行模拟数字转换，转换后得到的数字信号进入FPGA进行初步处理和分配。然后经由SRIO总线与DSP进行数据传输，由DSP进行数字信号的处理和存储分配工作。
时钟：本设计采用四个时钟、一片时钟选择芯片和两片时钟管理芯片，其中，时钟1和SMA接口3通过时钟选择芯片与模数转换器连接，时钟2与FPGA连接，时钟3和时钟4分别通过时钟管理芯片1和时钟管理芯片2与DSP连接。ADC的采样时钟由内部时钟或外部时钟提供。内部采样时钟由板卡上时钟1提供，外部时钟信号通过SMA接口3提供，并通过时钟选择芯片进行选通。FPGA系统时钟由时钟2提供。时钟管理芯片1和时钟管理芯片2分别对时钟3和时钟4进行分频处理。其中，时钟管理芯片1为DSP提供系统时钟、核时钟、DDR时钟；时钟管理芯片2为DSP提供参考时钟、SRIO时钟。
存储：四片DDR3SDRAM芯片分别与FPGA和DSP相连，用于存储数字信号。
SPIEERROM1、SPIFLASH1与FPGA相连，用于存储FPGA的配置信息。SPIEERROM2、SPIFLASH2与DSP相连，用于存储DSP的配置信息。NANDFLASH用于存储FPGA和DSP的交互数据。
接口：本板卡采用USB接口与外部进行数据交互，传输当前的各种板卡状态和采样信息，实现遥控和监控的目的。采用以太网RJ45接口，实现DSP通过GigabitEthernet与外部的数据传输。采用PCI-express总线标准接口，实现FPGA通过PCI-express总线（PCIe总线）与外部的数据传输。PCI-express连接器安装在本板卡的右侧，如图2所示。与本板卡对接的PCI-express连接器如图3所示，PCI-express连接器包括连接器XJ1、连接器XP2、连接器XP3和连接器XP4，四个独立的连接器均为符合CPCI规范的标准连接器,分别与板卡上的连接器XP1、连接器XJ2、连接器XJ3和连接器XJ4匹配对接。
电源：连接器XJ1与12V直流电源相连,通过其对插连接器XP1为本板卡提供12V直流电压，作为本板卡工作电源，经过不同电压转换模块，转换为板卡上器件所需工作电压。
主要器件厂家及型号：
现场可编程门阵列FPGA：赛灵思（XILINX）XC7K325T-FFG900；
数字信号处理器DSP：德州仪器（TI）TMS320C6670；
差分放大器：德州仪器（TI）LMH6554；
模数转换器：德州仪器（TI）ADS42LB69；
高速动态随机存取存储器DDR3SDRAM：镁光（MICRON）MT41J256M8；
非易失闪存存储器NANDFLASH：恒忆（NUMONYX）NAND512R3A2S；
串行闪存存储器SPIFLASH：恒忆（NUMONYX）N25Q128A；
串行电擦除可编程只读存储器SPIEEPROM：爱特梅尔（ATMEL）AT25128B；
以太网收发器：美满（MARVELL）88E1111；
USB信号转换器：飞特帝亚（FTDI）FT245R；
时钟管理芯片：德州仪器（TI）CDCE62005RGZT；
时钟选择芯片：ICS公司ICS8533-AG01；
PCI-express连接器（XP1）：ERNI电子254992；
PCI-express连接器（XJ2、XJ3）：ERNI电子973028；
PCI-express连接器（XJ4）：ERNI电子214443。

Claims (3)

1.一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡，其特征在于：该板卡包括分别通过SRIO总线和I／O端口连接的现场可编程门阵列FPGA和数字信号处理器DSP；四片动态随机存取存储器DDR3SDRAM；两片串行电擦除可编程只读存储器SPIEEPROM；两片串行闪存存储器SPIFLASH；两片差分放大器；模数转换器；非易失闪存存储器NANDFLASH；以太网收发器；PCI-express连接器；该板卡还包括分别与时钟相连接的时钟选择芯片和时钟管理芯片；其中，两路模拟信号由SMA接口1及SMA接口2分别接入差分放大器1和差分放大器2，差分放大器1和差分放大器2分别通过模数转换器与现场可编程门阵列FPGA连接，USB接口通过信号转换器与现场可编程门阵列FPGA连接，动态随机存取存储器DDR3SDRAM1、动态随机存取存储器DDR3SDRAM2、串行电擦除可编程只读存储器SPIEEPROM1和串行闪存存储器SPIFLASH1分别与现场可编程门阵列FPGA连接，动态随机存取存储器DDR3SDRAM3、动态随机存取存储器DDR3SDRAM4、串行电擦除可编程只读存储器SPIEEPROM2和串行闪存存储器SPIFLASH2分别与数字信号处理器DSP连接，现场可编程门阵列FPGA通过PCLE总线与PCI-express连接器连接，数字信号处理器DSP通过以太网收发器连接到RJ45接口。
2.根据权利要求1所述的一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡，其特征在于：该板卡采用四个时钟、一片时钟选择芯片和两片时钟管理芯片，其中，时钟1和SMA接口3通过时钟选择芯片与模数转换器连接，时钟2与FPGA连接，时钟3和时钟4分别通过时钟管理芯片1和时钟管理芯片2与DSP连接。
3.根据权利要求2所述的一种双通道高速模拟数字信号采集处理板卡，其特征在于：PCI-express连接器安装在板卡的右侧，PCI-express连接器包括连接器XJ1、连接器XP2、连接器XP3和连接器XP4，分别与板卡上的接口XP1、接口XJ2、接口XJ3和接口XJ4匹配对接。
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