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FMC系列采集模块及接口逻辑设计
作 者: 张博
导 师: 王志刚
学 校: 电子科技大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: 高速数据采集 FMC 可扩展兼容 识别加密 状态监控
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 32次
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内容摘要
数据采集作为通信技术的重要环节,在通信技术迅猛发展的同时,对数据采集系统的性能要求越来越高,可以说在高速高精度的前提下,高密度、高集成、可扩展兼容是数据采集系统今后的发展趋势之一。本文设计的FMC(FPGA Mezzanine Card)系列采集模块正是迎合了当今数据采集系统的发展趋势,以灵活可扩展的方式解决宽带信号的捕获、以高度集成的体系结构解决电子系统的嵌入式测试为目标,利用FMC VITA-57标准协议,在标准有限面积内,设计实现了一种具有高集成、高密度、可扩展兼容等特点的高速高精度采集模块。FMC系列采集模块分为FMC5212(双通道500MSPS/12bits)和FMC4214(双通道400MSPS/14bits),两款产品分别采用AD芯片ADS5463和ADS5474,时钟芯片AD9517-3分别为其提供所需的采样时钟来完成AD转换。模块的兼容性设计方面,在接口逻辑中设计了识别功能来对FMC身份进行识别与验证;为了保护模块设计及其逻辑代码的知识产权,设计了加密防拷贝模块来对FMC接口逻辑进行软件保护;针对高密度、高度集成所导致的模块温度高、电源及信号完整性问题,文中通过对系统功耗和温度,以及串扰与轨道塌陷等问题的详细分析,完成了高效率的电源设计及系统板级设计,同时设计了状态监控模块对温度及电源加以实时监控。最终对设计结果进行测试与验证,该采集模块SNR、SFDR均达到设计指标,而识别加密模块及状态监控模块均得到验证,满足测试要求,论文主要内容可分为:FMC系列采集模块的硬件设计:AD采样模块、采样时钟模块、触发模块、加密识别模块、温度电压监控模块、电源模块等设计。FMC系列采集模块接口逻辑的设计:数据解串、配置采样时钟、加密防拷贝、身份识别、监控温度与电压等。对FMC系列FMC5212和FMC4214进行结果测试及功能验证。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-11 第一章 引言 11-16 1.1 论文研究背景及意义 11-14 1.2 国内外相关技术的发展现状 14-15 1.3 论文的研究内容及结构安排 15-16 第二章 FMC 系列采集模块总体设计 16-25 2.1 系统方案总体设计 16-17 2.2 主要芯片选型 17-24 2.2.1 ADC 芯片 18-20 2.2.2 时钟芯片 20-21 2.2.3 识别加密与温度电压监控芯片 21-23 2.2.4 接收端 FPGA 芯片 23-24 2.3 开发环境与工具 24 2.4 本章小结 24-25 第三章 FMC 系列采集模块硬件设计 25-43 3.1 AD 采样电路模块设计 25-29 3.1.1 模拟输入通道设计 25-27 3.1.2 AD 转换 27-28 3.1.3 并行采样实现 1 GSPS /800 MSPS 采样率 28-29 3.2 采样时钟电路模块设计 29-36 3.2.1 采样时钟对 ADC 性能影响分析 30-31 3.2.2 采样时钟电路设计 31-33 3.2.3 采样时钟的分配 33-36 3.3 触发模块设计 36-37 3.4 识别加密模块硬件设计 37-38 3.5 I2C 模块硬件电路设计 38-42 3.5.1 温度监控模块设计 39-42 3.5.2 FMC VITA57 信息存储设计 42 3.6 本章小结 42-43 第四章 FMC 系列采集模块接口技术与逻辑 43-64 4.1 FMC 接口技术 43-46 4.1.1 FMC 接口物理特性 43-45 4.1.2 FMC 接口技术的实现 45-46 4.2 高速 ADC 数据解串 46-47 4.3 采样时钟配置逻辑 47-52 4.3.1 AD9517-3 的 SPI 规范 48-50 4.3.2 采样时钟配置原理 50-51 4.3.3 采样时钟配置逻辑设计 51-52 4.4 身份识别和加密防拷贝模块的实现 52-58 4.4.1 1-Wire 标准协议 52-54 4.4.2 身份识别模块实现 54-56 4.4.3 加密防拷贝模块实现 56-58 4.5 温度监控和信息存储模块的实现 58-63 4.5.1 I~2C 总线协议 58-59 4.5.2 温度电压监控逻辑 59-62 4.5.3 FMC 信息存储的实现 62-63 4.6 本章小结 63-64 第五章 FMC 系列采集模块的信号完整性分析 64-75 5.1 信号完整性概述 64-65 5.2 FMC 系列采集模块电源完整性设计 65-69 5.2.1 FMC 采集模块的功耗 65 5.2.2 电源芯片的选型 65-68 5.2.3 电源芯片的散热 68-69 5.3 FMC 系列采集模块串扰分析及抑制 69-73 5.3.1 FMC 系列采集模块串扰问题 69-71 5.3.2 单端信号线串扰分析及抑制 71-73 5.3.3 差分信号线串扰分析及抑制 73 5.4 轨道坍塌噪声及电磁干扰 73-74 5.5 本章小结 74-75 第六章 FMC 数据采集模块调试结果与分析 75-84 6.1 FMC 数据采集模块调试平台介绍 75 6.2 电源模块的调试 75-76 6.3 采样时钟的调试 76-77 6.4 AD 采集数据模块的调试 77-80 6.5 加密识别模块的调试 80-82 6.6 温度监控模块的调试 82-83 6.7 本章小结 83-84 第七章 结束语 84-85 致谢 85-86 参考文献 86-88 附录 88-89 攻硕士期间取得的研究成果 89-90
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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