CN208922463U - 一种基于zynq的多通道无线信号采集设备 - Google Patents
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Abstract
一种基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，包括一片FPGA、一片ZYNQ和信号采集模块，所述FPGA与所述ZYNQ电连接；所述信号采集模块与所述FPGA电连接；所述ZYNQ包括单核Zynq‑7000芯片和双核ARM A9芯片。本申请的有益效果是：在未增加设计成本和结构资源的情况下，使用ZYNQ替换原本的一块FPGA芯片，在保证原有硬件资源不缺少的情况下，加入ZYNQ内部的双核ARM A9可作为控制中枢，数据中转站等多个功能角色，极大地提高了设备开发的灵活性和开发周期。
Description
技术领域
本申请属于通信技术领域，具体地说，涉及一种基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备。
背景技术
当今无线信号采集设备的开发方案基本为单块FPGA独立处理或者多块FPGA相互进行协同合作实现的。这类设备由于FPGA强大的灵活性和迅速开发的能力，受到了市场的一致认可，但FPGA芯片成本高，调试体验差等缺点也给广大开发者们带来不小困扰。
还有一小部分的无线信号采集设备的开发方案采用STM32+FPGA这样的组合。这种方案的优势是将FPGA的功能独立化、多元化，通过STM32发送指令来控制两个FPGA要执行的任务。但是由于STM功能比较局限，外设接口性能较低的原因，导致只能在一些低性能的设备中才能采用此方案。
发明内容
有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，既能保证设备开发使用的自主性、灵活性、可控性，又能在成本、功能方面有所改善。
为了解决上述技术问题，本申请公开了一种基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，并采用以下技术方案来实现。
一种基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，包括一片FPGA、一片ZYNQ和信号采集模块，所述FPGA与所述ZYNQ电连接；所述信号采集模块与所述FPGA电连接。
进一步的，所述信号采集模块包括若干中频信号采集电路，每个所述中频信号采集电路具体为外部的中频信号依次连接TF和ADC后与所述FPGA电连接。
进一步的，所述ADC采用ADC芯片AD4249。
进一步的，所述ADC的采样率为112MHz。
进一步的，所述ZYNQ通过J30J连接器与上位机通信连接。
更进一步的，所述J30J的TTL端和SPI端分别连接电平转换芯片后与所述ZYNQ电连接；所述J30J的RS232端连接232通信芯片后与所述ZYNQ电连接；所述J30J的RS422端连接对应通信芯片后与所述ZYNQ电连接；所述J30J的ETH端连接对应通信芯片后与所述ZYNQ电连接；所述J30J的JTAG端连接嵌入式芯片后与所述ZYNQ电连接；所述J30J的PWR端与所述ZYNQ的电源端连接。
进一步的，并行接口的Flash芯片BPI Flash与所述ZYNQ电连接。
进一步的，用来存储采集到的中频信号的DDR3SDRAM与所述FPGA电连接。
进一步的，所述ZYNQ可以采用单核ARM A9芯片或双核ARM A9芯片；作为优选地，采用双核ARM A9芯片以保证运算能力
与现有技术相比，本申请可以获得包括以下技术效果：在未增加设计成本和结构资源的情况下，使用ZYNQ替换原本的一块FPGA芯片，在保证原有硬件资源不缺少的情况下，ZYNQ内部的双核ARM A9可作为控制中枢，数据中转站等多个功能角色，极大地提高了设备开发的灵活性和开发周期，实现差异化、分析和控制功能的创新型ARM+FPGA架构。
当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本申请一个实施例的多通道无线信号采集设备设计框图。
图2是本申请一个实施例的频域响应曲线图。
图3是本申请一个实施例的有效带宽内波动状态示意图。
图4是本申请一个实施例的ZYNQ结构设计图
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，藉此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
ZYNQ-7000全可编程SoC系列集成ARM处理器的软件可编程性与FPGA的硬件可编程性，不仅可实现重要分析与硬件加速，同时还在单个器件上高度集成了CPU、DSP、ASSP以及混合信号功能。Zynq-7000系列由单核Zynq-7000芯片和双核ARM A9芯片组成，是单位功耗性价比最高的全面可扩展的SoC平台，可充分满足应用需求，下文所述的ZYNQ代表Zynq-7000。
一种基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，它采集八通道变频器输出的中频信号，完成信号检测、参数测量等，输出多个通道的脉冲描述字(PDW)。当下达中频采集指令时，则采集指令容量和通道的中频数据后回传。
如图1所示，包括一片FPGA、一片ZYNQ和信号采集模块，FPGA与ZYNQ电连接，信号采集模块与FPGA电连接。信号采集模块包括八个通道的中频信号采集电路，外部的八个通道中频信号分别依次通过TF(Tunable Filters，可调滤波器)和ADC后与FPGA的管脚电连接。
ADC用来对信号进行AD转换，采用芯片型号是AD4249，采样率为112MHz的14bit输入，在信号源输入理想环境下灵敏度为-30dBm左右，当改变为16bit输入时，灵敏度上升12dB左右，灵敏度为-42dBm。ADC采用fifo缓存数据(时钟域转换)，通过一段时间数据累加得到直流分量近似值后减去该值(去直流)。或通过测试后配置ad的SPI调整直流偏移量。
外部时钟信号和简单时钟信号CLK分别与CLK Buffer电连接，CLKBuffer分别与FPGA、八个ADC模块电连接，为FPGA和八个ADC的正常工作提供时钟信号。
Zynq-7000和FPGA通过CFG、LVDS、CLK和MGT接口连接。
ZYNQ通过J30J连接器与上位机通信连接，并实现数据交换。J30J的TTL端和SPI端分别通过电平转换芯片SN74LVC8T245后与ZYNQ电连接；J30J的RS232端连接232通信芯片MAX3232后与ZYNQ电连接，用以实现上位机与ZYNQ之间的RS232通信，进行数据交换；J30J的RS422端连接通信芯片MAX3093E后与ZYNQ电连接，用以实现上位机与ZYNQ之间的422通信，进行数据交换；J30J的ETH端连接通信芯片MAX3032E后与ZYNQ电连接，用以实现上位机与ZYNQ之间的另一路422通信，进行数据交换；J30J的JTAG端连接嵌入式芯片W5300后与ZYNQ电连接，实现上位机与ZYNQ之间的数据交换。J30J的PWR端与ZYNQ的电源端连接，用于双方电平的交换和统一。
并行接口的Flash芯片BPI Flash与ZYNQ电连接(请详述作用)。
在本实施例中，ZYNQ处于以太网(Ethenet)环境中。
采用DDR3SDRAM存储采集到的中频数据，DDR3SDRAM与FPGA电连接，将中频信号缓存在DDR3内。当DDR3收到上传包数及通道指令时，将数据包传输出去，接收端再提取数据包信息。理论上说，市售的DDR3SDRAM型号均可用于本申请的方案中。
本实用新型技术方案的工作过程为：设备开启后，Zynq-7000ARM的千兆网作为TCP服务端启动，等待与上位机建立网络连接后，接收来自上位机的控制信号，并将控制信号通过Zynq-7000内部的AXI总线传至Zynq-7000的FPGA中。FPGA根据接收到的指令进行中频采集、检测全脉冲、数据组帧等任务。并将组帧后的数据通过AXI总线发送至ZYNQ-7000内部的ARM，ARM读取AXI总线数据并通过千兆网发送至上位机。其他控制信号也以相同方式下达，FPGA收到控制信号后，执行相应操作，并上传指令响应结果至ARM，ARM分析结果后根据情况需要进行处理并通过千兆网上传至上位机实现人机交互功能。
本申请的有益效果是：在未增加设计成本和结构资源的情况下，使用ZYNQ替换原本的一块FPGA芯片，在保证原有硬件资源不缺少的情况下，加入ZYNQ内部的双核ARM A9可作为控制中枢，数据中转站等多个功能角色，极大地提高了设备开发的灵活性和开发周期。
以上对本申请实施例所提供的一种基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，其特征在于：包括一片FPGA、一片ZYNQ和信号采集模块，所述FPGA与所述ZYNQ电连接；所述信号采集模块与所述FPGA电连接，所述信号采集模块包括若干中频信号采集电路，每个所述中频信号采集电路具体为外部的中频信号依次连接TF和ADC后与所述FPGA电连接，所述ZYNQ通过J30J连接器与上位机通信连接，所述J30J的TTL端和SPI端分别连接电平转换芯片后与所述ZYNQ电连接；所述J30J的RS232端连接232通信芯片后与所述ZYNQ电连接；所述J30J的RS422端连接对应通信芯片后与所述ZYNQ电连接；所述J30J的ETH端连接对应通信芯片后与所述ZYNQ电连接；所述J30J的JTAG端连接嵌入式芯片后与所述ZYNQ电连接；所述J30J的PWR端与所述ZYNQ的电源端连接。
2.根据权利要求1所述基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，其特征在于：所述ADC采用ADC芯片AD4249。
3.根据权利要求1或2所述基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，其特征在于：所述ADC的采样率为112MHz。
4.根据权利要求1所述基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，其特征在于：并行接口的Flash芯片BPI Flash与所述ZYNQ电连接。
5.根据权利要求1所述基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，其特征在于：用来存储采集到的中频信号的DDR3SDRAM与所述FPGA电连接。
6.根据权利要求1-2、4-5任一所述基于ZYNQ的多通道无线信号采集设备，其特征在于：所述ZYNQ包括单核ARM A9芯片或双核ARM A9芯片。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111324063A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-06-23 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种用于芯片化dtu的采集处理装置及其执行方法 |
| CN112346645A (zh) * | 2019-08-06 | 2021-02-09 | 天津光电通信技术有限公司 | 一种基于fpga与单板pc的多通道高速信号采集处理板卡 |
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